虚拟手术仿真系统是虚拟现实技术在医学领域的一个典型应用。虚拟手术是由医学图像数据出发，应用计算机图形学重构出虚拟人体软组织模型，模拟出虚拟的医学环境，并利用触觉交互设备与之进行交互的手术系统。在虚拟手术训练中，引入力触觉反馈，可以使医生不仅能够看到手术中的器官而且还能感觉到交互中的反馈力，通过与虚拟器官模型交互，形成对虚拟器官模型的一个完整的认识，如同操作真实器官一样，这无疑可大大提高外科手术的训练水平。首先，人体虚拟软组织实时形变模型的建立是虚拟手术仿真系统的关键技术之一，本文以病患的真实医学影像作为原始数据，基于弹簧—质点法建立了软组织实时形变的物理模型，在正六边形拓扑结构软组织表面模型中增加了虚拟体弹簧。使得表面模型形变过程中有了体的信息，以实现更加真实的形变效果，能够很好地满足交互系统的真实性和稳定性的要求。其次，在模型实时形变和力反馈算法中，在对比了几种经典的数值积分算法后，选择中点法作为本文模型的形变算法，该算法在实时性方面有较好的优势。力反馈计算以弹簧-阻尼器模型为基础，建立了实时的形变和力反馈算法。系统中各质点处虚拟弹簧的形变量的叠加等效为物体表面形变，各质点处虚拟弹簧弹性力的合力等效物体表面的接触力。形变过程中算法简单，能够满足交互系统的实时性要求。最后，一个好的虚拟手术仿真系统，必须能够在交互过程中给予操作者同步的视觉和触觉体验。本文实验系统在视觉上，利用软件包OpenGL三维图形标准对模型进行绘制和渲染；在触觉交互中，基于OpenHaptic软件包实现触觉渲染，并用PHANTOM Omni力反馈设备实现了对软组织的实时按压和提拉操作。最后通过相关的仿真实验验证了系统的有效性。