[发明专利]穿刺虚拟教学训练系统中铺巾过程建模方法及该系统

权利要求书

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：

v_t＝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v_t×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。