虚拟医学手术仿真是一项结合了材料力学、医学、计算机视觉、计算机图形学等多领域知识的技术。其目的是构建虚拟人体组织模型，通过人机交互技术和计算机视觉技术准确模拟手术过程中手术器械与组织器官交互作用。虚拟组织或器官模型是虚拟手术仿真的主要研究对象，其建模的准确性直接影响虚拟手术仿真系统的整体性能。因此建立精确软组织模型已成为虚拟手术仿真技术中的核心内容之一。本文对组织建模方法进行了深入研究。在软组织建模方法的选择上，比较两种常用的软组织物理建模方法：有限元模型和质点弹簧模型。把Kelvin质点弹簧模型与类似的杆单元模型进行力学分析，建立质点弹簧模型的静态弹簧参数与软组织材料参数及单元几何参数间的函数关系，为弹簧弹性系数的设定提供一定的理论依据。在软组织参数的动态设定上，对软组织材料的应力与应变关系进行分析。由于应力-应变曲线呈阶段性变化，对曲线进行分段分析，获得质点弹簧模型中弹簧参数的动态变化规律，即小形变时，应力与应变呈线性关系，当形变量增大到一定值时，应力-应变曲线将呈指数变化。在软组织正交各向异性特性分析上，对猪肾脏组织进行轴向和径向压缩实验，根据实验采集到的载荷-位移数据，获得肾脏组织轴向及径向的应力-应变曲线，验证了其分段变化特征。通过线性拟合和指数拟合，获得肾脏组织轴向及径向应力-应变曲线的参数。根据质点弹簧模型参数与软组织材料参数的关系，建立了弹簧力与弹簧方向的函数关系，即弹簧力和弹簧偏离软组织轴向角度的关系。最后，在医学仿真平台SOFA上完成了皮肤模型的拉扯仿真实验和肾脏模型的按压仿真实验，实验结果证明，该方法具有更高的建模精确性。