虚拟手术系统在医学领域具有广泛的应用,其将计算机图形学与虚拟现实技术结合,为医护人员提供手术方案制定与手术操作训练等功能。肺脏是人体重要的生命器官,提高肺脏的真实感是虚拟手术系统的研究重点。传统的二维纹理合成算法主要针对结构性纹理进行研究,而人体肺脏表面的纹理一般既有结构性又有随机性,且由于不同的病变或个人生存环境、生活习惯等差异,往往导致肺表面的纹理变得更加复杂。将二维纹理映射到闭合且不规则的三维模型表面容易出现纹理变形、纹理接缝等问题,导致模型缺乏真实感。针对这些问题和虚拟手术的实际需求,本文建立了虚拟手术中表面纹理绘制的总框架,并结合真实肺脏的特点,对肺表面纹理合成与映射展开深入研究。论文的核心工作和创新有以下几个方面:（1）基于生成对抗网络的全局肺表面纹理合成。对纹理样图采用双边滤波算法进行去高光预处理。分析了肺表面纹理的特点,并据此提出了一种基于生成对抗网络的肺表面纹理合成方法。网络的生成模型采用全卷积结构设计,并在残差模块中引入注意机制,该机制基于特征图的通道维度和空间维度。网络的训练是从特定的肺表面纹理样本中提取纹理块并使其空间范围加倍,训练完成的生成模型能够合成任意大小,且具有局部特征和全局特征的肺表面纹理。（2）基于分割优化的肺表面纹理映射。改进了三角网格自动分割算法的参数化实现,提出将网格中三角形分离度量和基于大多数等距参数化（Advanced Most Isometric Parametrizations,AMIPS）的三角形失真度量相结合的能量函数。基于同伦延拓的思想,通过非凸能量函数的高斯平滑构造同伦映射来逼近目标函数,采用牛顿-拉弗森方法获得最优近似解,实现了体网格参数化少分割、低形变的同时,参数域网格单元尽可能无翻折。（3）接缝处纹理融合。给出参数域纹理的双线性插值重建表示,阐明了接缝处纹理的连续性度量,得出无缝纹理空间成立的数学条件,并联立接缝处的能量函数求解满足条件的纹素集合,实现了接缝处纹理的融合与平滑。最后,本文设计并实现了肺脏的纹理贴图系统,实现了主要模块算法与可视化集成,并给出了实验结果与分析。本文所述算法不仅对肺表面纹理有意义,对虚拟手术中其他相似器官的表面纹理同样具有重要的指导意义。