基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法技术

本发明专利技术公开了基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法，所述方法基于弹簧质点模型重建皮肤，利用FTL方法跟踪缝合线轨迹，使用放松LRA约束算法对皮肤在外力作用下的形变效果进行优化，模拟缝合打结过程，产生左右两个拉力更符合现实情况一针一结的缝合过程。本发明专利技术方法外力和外力与皮肤的夹角会实时影响力平衡方程从而影响缝合点的运动方程，运动方程的改变会实时影响皮肤的形变从而影响力平衡方程，两个过程相辅相成从而达成力反馈与皮肤形变的实时更新，实现快速而逼真的力反馈计算，弹簧质点模型使力反馈的求解方便快捷。

Stitching simulation method based on relaxed LRA constraint algorithm

The invention discloses a simulation method of LRA algorithm based on constraint relaxation suture, the method is based on the spring mass model reconstruction of skin suture, tracking trajectory by using the FTL method, using LRA algorithm to relax the constraint effect of skin deformation under the action of external force to optimize the simulation process produced about two suture, suture tension is more in line with reality a case of a node. The angle between the force and the external force and the method of the invention of the skin will influence real-time balance equation thus affecting the motion equation of the sewing points, the equation of motion changes will affect the skin deformation so as to influence the real-time balance equation, two processes complement each other so as to achieve the real-time update of force feedback and skin deformation, realize the fast and realistic force feedback calculation method the spring mass model of force feedback convenient.

【技术实现步骤摘要】
基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法
本专利技术涉及软组织力触觉建模
，具体涉及基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法。
技术介绍
在手术过程中，缝合至关重要，通过虚拟手术训练系统可以帮助实习医生快速掌握缝合的诀窍，帮助新手医生学习缝合技术。常用的物理模型中，弹簧质点模型具有建模简单、计算灵活、速度快的优点，但该模型稳定性差。有限元模型精度高，可保证在大形变下模型不发生失真，但在计算力反馈和形变时比较复杂。因此，具有良好的交互功能和形变效果的柔体模型对于虚拟手术系统来说至关重要。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法，用以解决在弹簧质点模型中大形变下模型不稳定导致形变失真，以及在有限元模型中计算复杂的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法，所述方法基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用FTL算法跟踪缝合线轨迹，采用放松LRA约束算法优化皮肤形变，包括以下步骤：步骤一，根据医学影像，使用基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用拓扑结构为四边形的弹簧质点模型构建皮肤模型，步骤二，采用跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法，所述方法基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用FTL算法跟踪缝合线轨迹，采用放松LRA约束算法优化皮肤形变，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据医学影像，使用基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用拓扑结构为四边形的弹簧质点模型构建皮肤模型，步骤二，采用跟踪头结点FTL算法跟踪缝合线轨迹，使用与缝合线段数相同的小圆柱体模拟缝合线，其具体计算过程为：使用FTL方法计算各个缝合线质点的新位置，设点α受外力作用从位置P

【技术特征摘要】
1.基于放松LRA约束算法的缝合模拟方法，所述方法基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用FTL算法跟踪缝合线轨迹，采用放松LRA约束算法优化皮肤形变，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据医学影像，使用基于弹簧质点模型构建皮肤模型，采用拓扑结构为四边形的弹簧质点模型构建皮肤模型，步骤二，采用跟踪头结点FTL算法跟踪缝合线轨迹，使用与缝合线段数相同的小圆柱体模拟缝合线，其具体计算过程为：使用FTL方法计算各个缝合线质点的新位置，设点α受外力作用从位置Pα,old运动到新位置Pα,new，则它相邻质点α+1的新位置Pα+1,new就是沿Pα+1,old到Pα,new方向移动一个单位长度P，该过程的数学公式表达如下，Pα+1,new＝Pα,new+P其中，P为从Pα+1,old到Pα,new方向的一个单位长度，Pα+1,old为与质点α相邻的质点α+1的旧位置，Pα,new为缝合线上质点α的新位置，Pα+1,new为质点α+1的新位置，||·||为范数符号，用于求向量的长度；步骤三，采用放松长距离依附约束LRA算法对皮肤形变模拟进行优化，其具体过程为：设j为缝合点，i为与缝合点相邻的质点，计算原始距离为质点i和j的初始距离，质点i的坐标随缝合点j的坐标变化而变化，若质点i超出了理想距离di，则将它约束至以j为球心，di为半径的轨道上，di数学表达如下，其中di是质点i和缝合点j的理想距离，是质点i和缝合点j的初始距离，β是用户定义的放松参数，xj为缝合点j的坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小瑞，段佳骊，孙伟，夏薇薇，朱利丰，宋爱国，牛建伟，王澎湃，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32