虚拟手术是虚拟现实技术在现代医学领域下的一个重要应用,它具有节约培训医生成本、提高手术成功率等优点。软组织形变与切割是虚拟手术的两项关键技术,如何平衡系统的实时性与真实性是软组织形变与切割仿真的核心问题。为了解决这个问题,本文对软组织形变建模方法与切割算法进行了研究。首先,软组织建模是虚拟手术的关键问题,这是因为虚拟手术仿真时的视觉和力反馈模块都依赖软组织模型提供的计算数据,而这些数据正是保证虚拟手术仿真系统沉浸感和训练效果的基础。传统方法构建的面网格没有内部结构,无法模拟软组织的内部特性;常用的体网格剖分法构造的体网格由于内部新增质点过多计算量大量增加,严重影响系统的实时性。因此,提出了基于局部体网格的质点弹簧模型。局部体网格由空间剖分算法生成,由两部分组成:其中一部分模拟软组织表面拓扑结构的表面网格,另一部分是根据表面网格在空间中的位置剖分所得到的模拟模型内部结构的离散点构成的内部网格。实验结果证明,基于局部体网格的质点弹簧模型实时性与基于面网格的质点弹簧模型表现相近;和传统的剖分方法构造的体结构质点弹簧模型形变效果相似,但是该模型的实时性表现更优。其次,传统的面网格质点弹簧模型的形变效果和恢复性欠佳。为了让局部体网格在发生大形变时拥有良好的恢复性,引入弯曲弹簧对局部体网格进行物理建模,弯曲弹簧是根据模型的两个相邻质点的初始向量与实时向量之间夹角计算弹簧力,实现了弹簧抵抗弯曲的能力。实验结果证明,相比于传统的面网格质点弹簧模型,该模型具有非常好的形变和恢复效果。最后,切割是虚拟手术中的常用操作,传统的网格切割算法存在网格模型拓扑结构重组复杂、切割算法实现难度大的问题。因此提出了分时切割算法,该算法将整个切割过程分为三个时期来进行处理。算法将切割过程分为起始切割、路径切割、终止切割三个时期。该算法对虚拟手术器械与网格模型的单元网格边界的交点的类型进行了分类,根据交点的类型对切割后的三角面片进行拓扑结构重组。实验结果证明,该算法能够较为真实的模拟出切口效果,相对于传统的切割算法该算法实现较为简单、模型的拓扑结构重组有规律可循,是一种较为全面的新型切割算法。