穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法及该系统技术方案

一种穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法及系统，包括：洞巾分解：将洞巾分解成N个质点；质点连接：每个质点和与其相邻的8个点用弹性件连接；计算质点内力，计算质点外力，获取质点下一帧的位置；对洞巾做碰撞检测：采用“椭球包围体”碰撞，将顶点的x、y、z值带入方程：

【技术实现步骤摘要】
穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法及该系统
本专利技术涉及医疗教学训练系统的建模方法，特别涉及一种穿刺虚拟教学训练系统中的铺巾过程建模方法及该穿刺虚拟教学训练系统。
技术介绍
穿刺训练中的铺巾操作需要用到洞巾，目前大多数采用方法是对洞巾建立骨骼，然后由美工针对每个动作做不同的布料骨骼动画，这种做法带来的弊端就是洞巾不会随着周围环境的变化来变化。针对不同的铺巾部位都需要做不同的布料骨骼的调整，加大的美工的工作量以及工作复杂度，另外如果披风的骨骼的数目不多的话，还会导致即使是调出来的动作也会产生很不美观的效果。要实现一套针对布料的物理系统，要求在没有风的情况下，布料会受重力的影响，慢慢的飘落，并且在有风刮起来的时候能随风飘摆。在虚拟穿刺训练中能实现铺洞巾的动态过程，并使洞巾准确贴合到穿刺部位。传统物理中，根据流体力学来说，洞巾模型上每个顶点的力可以用圣维南方程组来求，但是在数学里面来说，圣维南方程组是没有精确解的，那么就需来设计一种模型来求该方程的近似解。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种实现铺巾动态过程的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法。同时，提供一种实现铺巾动态过程的穿刺虚拟教学训练系统。一种穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，包括如下步骤：洞巾分解：将洞巾分解成N个质点，形成矩形阵列点；质点连接：每个质点和与其相邻的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个点用弹性件连接，计算质点内力；计算质点外力；获取质点下一帧的位置：根据质点的质量及质点内力与外力的合力大小获得一个带方向的加速度：vt＝v0×at计算质点这一帧的速度向量，将当前质点在空间中的位置加上vt×t得到质点下一帧的位置，F合质点内力和外力的合力大小，m质点质量；对洞巾做碰撞检测：采用“椭球包围体”碰撞，椭球体绑定在待铺巾人物骨骼上，采用三个向量描述椭球体，一个是椭球体在空间的中点，另外一个是椭球体在X、Y、Z轴三个方向的半径长度，再一个是指定椭球体的方向的向量，椭球体的方程为：将顶点的x、y、z值带入计算式：判断计算结果大于1还是小于1，若小于1或等于1则发生碰撞；求解椭球体碰撞点：发生碰撞之后，将该洞巾顶点强行移动到离椭球体表面最近的点，通过解从椭球中点、过该洞巾顶点的射线和椭球体方程一起连解，获得该洞巾顶点离最近椭球体表面的一点，化简得到：x＝x0+t×(x1-x0)y＝y0+t×(y1-y0)z＝z0+t×(z1-z0)，其中x0、y0、z0为椭球中点，x1、y1、z1为洞巾顶点碰撞后于椭球体内的一点。在优选的实施例中，还包括：求解该洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力：当前质点的重力点乘该质点在椭球体法向量计算出当前质点所受力在负法线方向的分量，然后当前的力向量减去这个分量，再乘以该椭球体的摩擦系数，得到洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力；完成洞巾运算和其与椭球体碰撞的模拟。在优选的实施例中，所述洞巾与椭球体碰撞后，质点于椭球体上一点的法线向量：在优选的实施例中，所述计算质点内力步骤包括：计算弹性件拉力：获取当前质点在空间中的位置P0,及该质点周围各个质点的位置P1-P8，循环计算P1-P8和P0的距离，用P1-P8各自和P0的距离减去各自弹性件本身的长度l0，然后乘以虎克系数，获得该质点在这一帧受到的弹性件拉力。在优选的实施例中，所述计算质点内力步骤还包括：计算弹性件的弯曲应力：通过计算与当前质点相邻的上质点和下质点的夹角、以及左质点和右质点的夹角各自乘以弯曲应力系数获取以当前质点为圆心，上质点或下质点到当前质点的距离为半径的圆在邻质点的切线方向的力、及左质点或右质点到当前质点的距离为半径的圆在邻质点的切线方向的力。在优选的实施例中，所述计算质点外力步骤包括：计算重力：根据质点的密度乘以重力加速度计算质点重力；计算全局阻力：当前质点重力乘以上一帧的速度向量。在优选的实施例中，所述计算质点外力步骤还包括：计算风力：风力为质点的法线方向施加的力，根据风力向量以及质点的方向夹角进行计算，当风向与质点法线方向的夹角为2π时，风力达到最大。一种穿刺虚拟教学训练系统，其特征在于，包括：标记：接收标记指令进行标记操作，消毒：接收消毒指令进行消毒操作，铺巾：接收铺巾指令进行铺巾操作，建立洞巾进行铺巾过程模型，实现动态过程，局麻：接收局麻指令进行局麻操作，穿刺：接收穿刺指令进行穿刺操作，抽液：接收抽液指令进行抽液操作，所述洞巾进行铺巾的建模过程包括如下步骤：洞巾分解：将洞巾分解成N个质点，形成矩形阵列点；质点连接：每个质点和与其相邻的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个点用弹性件连接，计算质点内力；计算质点外力；获取质点下一帧的位置：根据质点的质量及质点内力与外力的合力大小获得一个带方向的加速度：vt＝v0×at计算质点这一帧的速度向量，将当前质点在空间中的位置加上vt×t得到质点下一帧的位置，F合质点内力和外力的合力大小，m质点质量；对洞巾做碰撞检测：采用“椭球包围体”碰撞，椭球体绑定在待铺巾人物骨骼上，采用三个向量描述椭球体，一个是椭球体在空间的中点，另外一个是椭球体在X、Y、Z轴三个方向的半径长度，再一个是指定椭球体的方向的向量，椭球体的方程为：将顶点的x、y、z值带入公式：计算结果大于1还是小于1，若小于1或等于1则发生碰撞；求解椭球体碰撞点：发生碰撞之后，将该洞巾顶点强行移动到离椭球体表面最近的点，通过解从椭球中点、过该洞巾顶点的射线和椭球体方程一起连解，获得该洞巾顶点离最近椭球体表面的一点，化简得到：x＝x0+t×(x1-x0)y＝y0+t×(y1-y0)z＝z0+t×(z1-z0)，其中x0、y0、z0为椭球中点，x1、y1、z1为洞巾顶点碰撞后于椭球体内的一点。在优选的实施例中，所述洞巾进行铺巾的建模过程还包括：求解该洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力：当前质点的重力点乘该质点在椭球体法向量计算出当前质点所受力在负法线方向的分量，然后当前的力向量减去这个分量，再乘以该椭球体的摩擦系数，得到洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力；完成洞巾运算和其与椭球体碰撞的模拟。在优选的实施例中，所述计算质点内力步骤包括：计算弹性件拉力：获取当前质点在空间中的位置P0,及该质点周围各个质点的位置P1-P8，循环计算P1-P8和P0的距离，用P1-P8各自和P0的距离减去各自弹性件本身的长度l0，然后乘以虎克系数，获得该质点在这一帧受到的弹性件拉力；所述计算质点外力步骤包括：计算重力：根据质点的密度乘以重力加速度计算质点重力；计算全局阻力：当前质点重力乘以上一帧的速度向量。上述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法及该系统通过将洞巾分解成N个质点，形成矩形阵列点，将每个质点和与其相邻的的8个点用弹性件连接建立模型，通过计算质点内力、计算质点外力，获取质点下一帧的位置，同时用“椭球包围体”碰撞对洞巾做碰撞检测，求解椭球体碰撞点，实现洞巾的动态过程，使洞巾准确贴合到穿刺部位。附图说明图1为本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法的流程示意图；图2为本专利技术一优选实施例的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法的流程示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术一实施例的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，包括如下步骤：洞巾分解：将洞巾分解成N个质点，形成矩形阵列点；质点连接：每个质点和与其相邻的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个点用弹性件连接，计算质点内力；计算质点外力；获取质点下一帧的位置：根据质点的质量及质点内力与外力的合力大小获得一个带方向的加速度：

【技术特征摘要】
1.一种穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，包括如下步骤：洞巾分解：将洞巾分解成N个质点，形成矩形阵列点；质点连接：每个质点和与其相邻的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8个点用弹性件连接，计算质点内力；计算质点外力；获取质点下一帧的位置：根据质点的质量及质点内力与外力的合力大小获得一个带方向的加速度：vt＝v0×at计算质点这一帧的速度向量，将当前质点在空间中的位置加上vt×t得到质点下一帧的位置，F合质点内力和外力的合力大小，m质点质量；对洞巾做碰撞检测：采用“椭球包围体”碰撞，椭球体绑定在待铺巾人物骨骼上，采用三个向量描述椭球体，一个是椭球体在空间的中点，另外一个是椭球体在X、Y、Z轴三个方向的半径长度，再一个是指定椭球体的方向的向量，椭球体的方程为：将顶点的x、y、z值带入计算式：判断计算结果大于1还是小于1，若小于1或等于1则发生碰撞；求解椭球体碰撞点：发生碰撞之后，将该洞巾顶点强行移动到离椭球体表面最近的点，通过解从椭球中点、过该洞巾顶点的射线和椭球体方程一起连解，获得该洞巾顶点离最近椭球体表面的一点，化简得到：x＝x0+t×(x1-x0)y＝y0+t×(y1-y0)z＝z0+t×(z1-z0)，其中x0、y0、z0为椭球中点，x1、y1、z1为洞巾顶点碰撞后于椭球体内的一点。2.根据权利要求1所述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，还包括：求解洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力：当前质点的重力点乘该质点在椭球体法向量计算出当前质点所受力在负法线方向的分量，然后当前的力向量减去这个分量，再乘以该椭球体的摩擦系数，得到洞巾质点在椭球体上一点的法线的支持力；完成洞巾运算和其与椭球体碰撞的模拟。3.根据权利要求2所述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，所述洞巾与椭球体碰撞后，质点于椭球体上一点的法线向量：4.根据权利要求1所述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，所述计算质点内力步骤包括：计算弹性件拉力：获取当前质点在空间中的位置P0,及该质点周围各个质点的位置P1-P8，循环计算P1-P8和P0的距离，用P1-P8各自和P0的距离减去各自弹性件本身的长度l0，然后乘以虎克系数，获得该质点在这一帧受到的弹性件拉力。5.根据权利要求1所述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，所述计算质点内力步骤还包括：计算弹性件的弯曲应力：通过计算与当前质点相邻的上质点和下质点的夹角、以及左质点和右质点的夹角各自乘以弯曲应力系数获取以当前质点为圆心，上质点或下质点到当前质点的距离为半径的圆在邻质点的切线方向的力、及左质点或右质点到当前质点的距离为半径的圆在邻质点的切线方向的力。6.根据权利要求1至5任意一项所述的穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法，其特征在于，所述计算质点外力步骤包括：计算重力：根据质点的密度乘以重力加...

【专利技术属性】
技术研发人员：于福东，朱云，
申请(专利权)人：苏州敏行医学信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32