[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

说明书

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：计算结果若小于1或等于1则发生碰撞，求解椭球体碰撞点；上述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，将每个质点和与其相邻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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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：

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)