虚拟手术仿真(Virtual Surgery Simulation)是专门用来模拟在手术过程可能遇到的各种现象的虚拟现实(Virtual Reality)应用系统。其研究内容包括对医学数据的处理与可视化、虚拟人体器官在虚拟手术器械作用下的各种变化的模拟及对操作人员的各种感官反馈(如视觉反馈和力反馈等)的模拟等，是虚拟现实技术在医学领域中的重要应用。虚拟手术仿真研究涉及计算机图形学、计算机视觉、弹性力学、生物力学、结构力学、材料学、机器人学、医学等诸多领域，通过上述领域知识实现组织器官对象的几何模型、物理/计算模型、碰撞检测、对象实时变形(响应、破裂等)、手术过程真实感绘制、力反馈等功能。其中人体软组织器官的几何/物理/计算建模是实现虚拟手术仿真的关键技术之一。由于跨学科的特点，人体软组织器官的几何/物理/计算建模研究与其它相关关键技术相比相对滞后，己经成为该类系统研究和应用的瓶颈。 本文主要根所虚拟手术仿真的特点，提出了一种新的混合建模方法。首先在几何模型中，在面模型上研究了从三维体数据直接生成等值面的三维重建面方法——移动立方（Marching Cubes）法，然后又对生成的面模型使用了三角形删除（Triangle Decimation）算法以进行简化以减少运算量；而在体模型上则使用了以一种全自动方法生成的物体的骨架，使用骨架作为物体的体模型。而在物理模型中，对面模型使用质点弹簧模型进行建模而对体模型使用了杆状有限元进行建模，达到实时绘制与准确性的有效平衡。本文还研究了多种碰撞检测模型，包围球、AABB包围盒、OBB包围盒、K-DOPs包围盒并分析了它们的优缺点并提出了我们的基于骨架的包围球碰撞检测模型。同时本文还介绍了基于本文模型的实现系统，介绍了系统的架构、实现的方法、遇到的问题等。本文还介绍了实现系统的实验效果，列出了部分实验数据并对数据进行了分析。 本文的特点在于，综合考虑了虚拟手术仿真的实时性和准确性要求，提出了基于骨架的混合模型。在面模型上对传统的等值面进行了三角形删除，不仅减少了计算量还使表面更加光滑且易于计算；而在体模型上使用了杆状有限元建模的骨架，既达到了准确性也为碰撞检测提供了方便。同时本文还展示了一个效果较好的仿真系统，为日后进一步的研究打下了良好的基础。