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增强现实牙科虚拟手术的关键技术研究

作 者: 乔晨
导 师: 王涌天
学 校: 北京理工大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 增强现实 牙科虚拟手术 次表面散射 BSSRDF 力触感渲染
分类号: TP391.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 59次
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内容摘要


应用增强现实技术的牙科虚拟手术能够增强虚拟手术的沉浸感,为受训医生提供更加真实的虚拟手术环境。目前在增强现实在虚拟手术的应用方面主要存在以下两个问题:1.由于人体指尖的触觉的敏感性极强,力触感渲染对实时性的要求更加严格;2.在增强现实系统中视觉表现的效果不理想,特别是对牙齿这一具有明显半透明属性的材质的渲染不理想。针对于此本论文主要研究怎样表现牙科手术工具对口腔中多枚牙齿与牙龈交互操作这类型复杂场景的力触感渲染的建模与实现,并将次表面散射模型应用于口腔的真实感渲染,以提高虚拟手术的真实感。论文的研究工作主要包括:1.从口腔美学和牙齿解剖学的角度出发,对近年来在人体皮肤渲染中逐渐成熟的应用双向表面散射反射分布函数的次表面散射模型进行相应的改进,提出具有实际物理意义的渲染模型来解决牙齿次表面散射材质的渲染问题。2.研究力反馈装置PHANToM在力触感渲染方面的应用,以及如何应用PHANToM设备和OpenHaptic开发工具联合开发虚拟牙科手术模拟系统。3.提出的牙齿次表面散射模型应用于口腔美学牙齿比色这种专注于牙齿颜色的应用中,实现了较好的渲染效果;所实现的具有力触感渲染的虚拟牙齿表面检测系统,达到设计要求,具有较好的交互性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  10-12
  1.3 本文主要研究内容及创新点  12-13
  1.4 本文结构  13-15
第2章 背景知识与相关理论  15-27
  2.1 牙齿解剖学基本理论  15-16
  2.2 牙齿的光学特性  16-17
  2.3 半透明物体的次表面散射及其计算机图形学实现  17-24
  2.4 碰撞检测与力触感渲染技术  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 系统基本设计  27-36
  3.1 增强现实牙科虚拟手术基本需求  27
  3.2 增强现实牙科虚拟手术的口腔模型总体设计  27-29
  3.3 基于多极近似的牙齿次表面散射模型散射与透射剖面的计算  29-32
  3.4 牙齿力触感渲染模型的建立  32-35
    3.4.1 虚拟牙齿与牙龈环境的几何建模方法  33
    3.4.2 虚拟牙齿与牙龈环境的接触状态的确定  33-34
    3.4.3 虚拟牙齿与牙龈环境的动力学响应的计算  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章 视觉模型与力觉模型的具体实现  36-48
  4.1 基于多极近似的牙齿次表面散射模型的实时渲染实现  36-41
    4.1.1 预计算阶段  36-37
    4.1.2 透明阴影图渲染阶段阶段  37-38
    4.1.3 牙体绘制阶段  38-41
  4.2 系统应用的PHANToM 力反馈设备及其开发环境  41-44
    4.2.1 PHANToM 力反馈设备  41-43
    4.2.2 PHANToM 力反馈设备的开发环境  43-44
  4.3 牙科力触感渲染模型的实现  44-46
    4.3.1 牙科虚拟手术力触感渲染系统的设计  44-45
    4.3.2 牙科虚拟手术力触感渲染系统的实现  45-46
  4.4 本章总结  46-48
第5章 视觉渲染模型与力触感渲染模型对应实验及结果  48-55
  5.1 牙齿视觉渲染模型的应用与评价  48-52
  5.2 力触感渲染模型的应用与评价  52-54
  5.3 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表论文与研究成果清单  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 计算机仿真
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