虚拟手术系统是虚拟现实技术在医学领域的重要应用,其将计算机图形学与弹性力学理论、现代医学相结合,能够为医务人员提供手术训练、手术导航和医学教育等功能。血管壁的穿刺和夹持不仅广泛存在于采血、注射和止血等常规医疗操作中,也是心血管手术不可忽略的一部分。因此,血管壁形变仿真是虚拟手术系统的重要组成部分和关键技术之一。在血管壁形变仿真中,不仅要保证仿真的稳定性和实时性,更应该强调血管壁的受力形变是否具有良好且符合物理直觉的视觉效果。本文在虚拟手术这一背景下,针对血管壁穿刺形变和夹持形变的真实感、实时性和可交互性展开研究,具体如下:首先,建立了血管壁形变的物理模型和离散模型。根据血管壁的力学特性和仿真的需求,将描述线性、均匀性和各向同性弹性体的Navier-Cauchy方程和无网格模型分别作为血管壁形变的动力学方程和物理模型。利用Tet Gen工具对血管的几何模型进行四面体剖分,并通过在四面体的顶点处布置质点建立了血管的离散模型。此外,自定义了一种存储质点坐标的数据文件,以此加快仿真中质点坐标数据的读写速度。其次,对血管壁形变的仿真方法展开了研究。针对以形变位移场为解的Navier-Cauchy方程基本解存在的奇异问题,提出使用具有径向对称性质的函数进行外力分布,以此得到去奇异化的位移场函数的解析解。根据连续弹性方程将各个质点的位移矢量转化为体积力,以此通过质点移动路径的积分模拟不断变化的血管壁。这种基于弹性力学的方法能够使血管壁产生体现自身力学特点且稳定的形变效果,保证了仿真的真实感和稳定性。再次,对血管壁形变中的交互与加速方法展开了研究。针对传统碰撞检测方法难以兼顾检测精度和检测速度问题,基于层次包围盒法和变步长的粒子群算法,实现了一种高效且精度可调的混合碰撞检测方法,提高了仿真的可交互性。针对仿真中各个质点的位移矢量求解等数据密集型计算任务,使用GPU并行计算技术进行加速,提高了仿真的实时性。最后,本文设计并实现了基于MFC框架的血管壁形变仿真最小原型系统,实现了数据读写、人机交互和形变仿真方法的集成与可视化。并通过实验结果的展示和分析,证明本文方法在血管壁形变的真实感、实时性、可交互性和稳定性等四个方面均具有良好的表现,是一种可行、有效的方法。