近年来随着计算机技术的快速发展,在20世纪末出现了一项新的技术-虚拟现实技术(Virtual Reality,VR),且该技术被广泛应用到了工业、医学、娱乐和教育等多个领域,其中,在医学领域中的一个重要应用就是虚拟手术仿真系统。在众多虚拟手术仿真中,眼角膜虚拟仿真手术的研究是一大难点,由于手术部位的敏感性和脆弱性,因此对外科医生进行术前培训是非常必要的,目前国内外眼角膜虚拟手术仿真系统的研究还比较少。本文针对眼角膜虚拟手术仿真系统的应用需求,重点进行了以下研究。提出了一种角膜混合变形模型与基于点的形变计算方法,该模型由角膜内部的质点模型和角膜边界的表面节点网格模型构成,通过基于位置的动力学方法来计算质点位移,进而求解角膜形变。在形变过程中为了保证模型的稳定性,在模型中加入了体积约束条件。当虚拟手术工具触碰到形变对象时,计算接触力的大小,使用MLS方法计算每个质点的位移梯度,最终根据表面节点与内部质点的几何映射关系求出表面形变。实验结果表明,该模型不仅能较好地模拟角膜的形变,而且在大的形变下具有比较好的稳定性,不会产生失真现象。设计实现了一种层次包围盒碰撞检测方法,简化了碰撞检测过程,可以快速寻找出碰撞交点,计算模型形变,加速了碰撞检测速度。对形变对象建立层次二叉树,保证每个包围盒中至少有一个三角面片,遍历层次包围盒树,读取层次包围盒的三角面片信息以判断该面片是否与手术工具的顶端有交点。实验结果表明,该碰撞方法可快速计算出手术工具与形变物体的碰撞交点,通过该方法实现了力反馈装置与角膜模型之间的实时交互。提出了一种改进的基于顶点复制方法的切割仿真算法,在切割过程中根据手术工具的移动方向增加新的节点形成切口,为了使切口更加平滑在切割过程中实时对三角面片进行细分,增加了切口处的三角面片数量。实验结果表明,使用该方法可以产生比较平滑逼真的切口,进一步表明混合模型具有较好的稳定性和可扩展性,在形变过程中可以保持模型的真实性。