随着计算机技术的迅速发展,计算机虚拟现实技术已经广泛应用于各个学科,尤其是在医学领域,虚拟现实技术发挥着十分重要的作用。基于虚拟现实技术的虚拟手术系统就是虚拟现实技术与医学结合的产物。虚拟手术系统由几何模块、力学模块、分析模块、变形与切割可视化模块几部分组成,本论文主要内容包括以下四个部分。物体发生形变是因为受到外力的作用,在虚拟手术系统中应首先进行碰撞检测,获取外力信息。本研究采用基于八叉树层次球模型的方式表达实体,用词法分析器的原理提取模型的近似多面体信息,详细论述了基于八叉树的碰撞检测算法的原理和实现步骤。详细叙述有限质点弹簧元形变计算原理,给出质点弹簧模型动态计算过程,分析基于中线支撑的快速物理形变模型方法,最后通过三维表面网格重绘,结合中线支撑的快速物理形变模型和有限质点弹簧元形变模型,完成快速形变实现的每一个步骤。同时对该算法在解决局部变形模拟问题时做了进一步改进。以圆柱体模型和人体髋关节主要的骨骼肌模型为研究实例,分别给出简单圆柱体变形实现程序及流程,变形结果。骨骼肌几何模型的实现、网格划分、节点导入、在OpenGL(Open Graphics Library)中网格重绘等实现流程及变形结果。通过可视化界面设计可以实现对圆柱体模型和骨骼肌模型变形结果的调用。在软组织切割动态可视化方面,首先分析现有主流切割算法的优缺点。本文利用改进的单元剖分算法即最少单元细分算法,该算法将模型分成若干四面体单元,通过检测切割工具与四面体单元之间产生的叉点确定四面体单元的细分方式。综上所述,在基于传统的有限质点弹簧元形变模型的基础上,采用中线支撑结构与表面网格结合的快速形变建模方法建立变形模型,采用最小单元细分方法实现软组织切割。通过变形与切割实例验证本研究方法的可行性。