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虚拟脊柱手术仿真的挑战和难点之一,在于脊柱的几何非线性大变形的实时仿真。研究采用基于模态分析的模型约减方法,通过离线预计算和实时交互仿真,来获得高刷新率的虚拟脊柱的实时仿真。在离线的预计算阶段,对脊柱有限元模型进行模态分析,截取低频模态,得到约减的形变子空间,从而大大减少了动力学方程的系统自由度。在实时仿真阶段,在约减子空间中对脊柱动力学模型进行数值积分仿真,并将约减的形变向量重建到原始空间,从而实现脊柱模型实时仿真的快速刷新。实验数据表明,基于模型约减的虚拟脊柱能以非常高的刷新率进行实时仿真。