虚拟手术是虚拟现实技术与现代生物医学等学科相结合的综合应用。它通过计算机技术再现多感知的手术场景,实现医学教育、手术培训与指导等功能,对帮助医生提高手术技能,提高医疗行业整体水平,推动医学进步具有重大意义。在虚拟手术中,手术器械与虚拟软组织之间频繁交互引起的软组织形变直接影响仿真系统的真实性。为了逼真地模拟出视觉和触觉交互,本文对以下几个方面进行了研究。首先,以医学CT图像为基础重构出软组织器官的三维模型,实现了CT图像从二维图像向三维模型的转换。此外,利用四面体剖分算法将三维模型离散化,得到具有内部节点的体模型并构建出虚拟软组织的物理模型。然后,逼真的交互操作需要虚拟软组织表现出更平缓、更准确的形变行为。传统质点弹簧方法大形变难恢复,形变区域不平滑,因此,本文提出了一种弹力补偿质点弹簧方法。该方法通过计算质点与邻接质点之间初始时和实时的空间位置确定补偿弹力,从而将质点“拉”回初始位置,避免了弹簧“超弹性”现象。随后使用此方法对虚拟软组织形变进行验证,实验结果表明本方法改善了传统质点弹簧模型形变恢复能力不足、易失真问题。最后,碰撞检测是形变和反馈计算的前提。为了实现手术交互过程中虚拟手术器械与软组织模型精细而准确的碰撞,提出了一种基于向量的碰撞检测算法,将手术器械与软组织碰撞问题转化为手术器械末端代理点小球与软组织表面触碰问题。小球在虚拟空间的位置与虚拟软组织三角面片的顶点构成向量,然后计算该向量与三角面片的法向量夹角确定碰撞是否发生,算法计算量小,效率比连续碰撞检测算法快一倍多,并且实现简单,适用于精细操作的手术场景。实验结果表明本方法能够快速、准确地检测到仿真手术中的触碰行为。