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骨科虚拟手术的视觉与力觉融合交互算法
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作者 王清辉 方道鑫 +4 位作者 池梓鹏 倪建龙 谢海龙 李静蓉 李春海 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期76-85,共10页
实时的视觉和精细的力觉融合交互算法是实现虚拟手术训练中精准“手感”的关键。为减少存储空间,提高计算效率,精确计算骨铣削过程中的切削力,平衡视觉和力觉融合的交互效果,该文提出了一种基于Tri-dexel模型的视觉与力觉融合交互算法... 实时的视觉和精细的力觉融合交互算法是实现虚拟手术训练中精准“手感”的关键。为减少存储空间,提高计算效率,精确计算骨铣削过程中的切削力,平衡视觉和力觉融合的交互效果,该文提出了一种基于Tri-dexel模型的视觉与力觉融合交互算法。首先,采用Tri-dexel模型表示骨与医用铣刀,通过布尔运算、快速表面重建及渲染算法实现虚拟骨铣削操作过程中的实时几何变形计算;接着,结合医用铣刀的几何参数,提出基于微元切削力的骨铣削力觉交互模型,利用骨与医用铣刀Tri-Dexel模型之间布尔运算的结果,快速精确求解瞬时未变形切屑厚度;然后,通过槽切实验完成对切削力系数的辨识,并对该力觉模型进行验证分析,实现虚拟骨铣削操作过程中的力觉渲染;最后,基于上述算法搭建骨科虚拟手术训练系统,通过实验对视觉与力觉融合交互算法进行测试与评估。结果表明:力觉模型的预测结果与实验测量结果吻合较好,力的平均相对误差在7%以下;该算法能够同时满足30 Hz的视觉刷新频率以及1 kHz的力觉刷新频率要求;所搭建的骨科虚拟手术训练系统能够为用户提供高沉浸感的虚拟骨铣削操作训练,可有效提高用户的手眼协调能力。 展开更多
关键词 虚拟手术 力反馈 力觉交互 tri-dexel模型 切削力
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基于三向Dexel的GPU加速数控仿真方法 被引量：3
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作者 李一鹏 贾世宇 +2 位作者 潘振宽 王吉强 李冰 《计算机应用与软件》 北大核心 2020年第11期63-68,共6页
为了提升数控仿真的精度和速度,提出并行加速的基于三向Dexel的数控仿真方法。采用三向Dexel模型来表示工件与刀具,获得比使用单向Dexel模型的方法更真实的仿真效果。在表面重构方面,使用时间开销较大但效果更好的双轮廓法,通过使用并... 为了提升数控仿真的精度和速度,提出并行加速的基于三向Dexel的数控仿真方法。采用三向Dexel模型来表示工件与刀具,获得比使用单向Dexel模型的方法更真实的仿真效果。在表面重构方面,使用时间开销较大但效果更好的双轮廓法,通过使用并行化方法来解决仿真的实时性问题。仿真使用多线程加速和GPU加速技术,前者用于加速仿真中的布尔运算和三向Dexel数据转换过程,后者用于提高表面重构的速度。仿真实验结果表明,与仅适用CPU多线程的实现相比,应用GPU加速后表面重构的速度提高了5~15倍,CPU多线程的实现相比单线程的速度提高了232%~289%,能够满足数控仿真在精度和速度上的要求。 展开更多
关键词 数控加工仿真 三向深度元素 双轮廓 多线程加速 GPU加速
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