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基于人体虚拟器官的通用物理交互仿真核心算法

发布时间: 2021-11-10
截止日期:2021-11-30

价格 双方协商

地区： 北京市 市辖区 顺义区

需求方： 北京***公司

行业领域

科学研究和技术服务业

需求背景

针对全球普通存在的医学研究和教育手段落后问题，特别是高度依赖模型、动物、尸体和志愿者的传统医学研究与教育手段，以及过度依赖临床经验的诊疗方法导致的医疗手术差错频发、患者安全受到威协等突出问题，我们致力于突破虚拟人体和虚拟手术关键技术，研发虚拟手术支撑平台，研制手术仿真系统产品。其中一个核心技术问题，就是人体软组织的物理建模，即如何构建人体软组织的物理模型，使其在复杂手术器械的交互作用下能够实时计算出精确的响应（如形变，切割过程的模拟等）。

需解决的主要技术难题

1.       一些经典的力学模型，例如有限元、无网格模型、弹簧质点模型，位置动力学模型，元球模型等，已被应用于各类手术的模拟中。其中有限元方法和无网格方法能进行比较准确的物理表达，但当网格较为复杂时,这些算法缺乏实时运算的能力；弹簧质点模型，位置动力学模型，元球模型等方法具有较高的计算效率，但与有限元和无网格的方法相比,缺乏精确的物理表达能力。因此，以上各类方法都各自具有局限性，研发更为有效的物理建模方法，兼顾好实时性和精确性成为了虚拟手术中的一大技术难题。

2.       人体器官和组织中包含各种属性的材质，比如刚体的骨骼，液态的血流，柔性的脏器。如何针对虚拟人体构建一种通用的物理交互平台和虚拟手术引擎也是另一大技术难题。

 

期望实现的主要技术目标

1.  实现以人体组织器官为主的碰撞、切割、缝合等物理仿真，同时实现精确的力反馈计算。

2.  碰撞要求刚体和柔性体混合，支持的模型数和顶点面片数量尽量多，单镜头内30w以上的顶点。

3.  在标准力反馈交互设备下，力反馈的计算要求独立线程内完成，计算频率超过800kz。

4.  可以实现场景内物体的自碰撞，在牵拉拨动过程中软组织不会和自身或者场景内的其他物体发生嵌入；

5.  兼顾模拟流体仿真效果，刚体和柔性体与流体碰撞有累积效果

6.  除UI外无第三方sdk，windows单机版运行即可，所有功能必须在统一的平台上实现，最好是同时实现。