力反馈在虚拟半月板手术上的应用
力觉信息在虚拟半月板手术过程中是至关重要的。通过人与虚拟环境之间交互的真实性可以实现力触觉功能,力反馈可以增强操作的沉浸感,通过力反馈设备,操作者可以感受到来自虚拟手术器械与膝关节模型发生碰撞的力觉的信息,此外还操作者还可以体验到与虚拟场景进行全方位的力觉交互。
通过力反馈设备,操作者使用力反馈可以进行双向反馈,操作者不但可以控制虚拟场景中的对象运动,还可以感受到虚拟场景中对象与对象之间的作用力,实现人机实时力反馈交互。在虚拟膝关节镜半月板手术系统中,根据场景对象的不同,力反馈可以分为刚体的力觉反馈和软体的力觉反馈。在实际的虚拟手术中力反馈主要过程。
(1)首先,操作者操作力反馈装置,装置机构关节运动带动电机旋转,电机旋转的角位移信息被传感器获取并发送到虚拟场景中。虚拟模型根据接收到位置的信息在场景中作相应运动。
(2)在虚拟场景中,手术器械在运动过程中与其它对象模型发生碰撞时,若碰撞被检测到,则进行更精准的检测。
(3)系统程序将根据碰撞力和穿刺深度分别进行模型的形变计算以及力反馈计算,计算出的形变信息发送给模拟引擎进行视觉植染。而计算出的反馈力信息将转换为电流信号发送至控制器。
(4)模拟引擎将虚拟场景模型的渲染效果呈现给操作者,同时计算机根据控制算法把力觉信号通过力反馈设备呈现给操作者力觉信息,从而实现了操作者与虚拟场景完美的力觉交互。
力反馈


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