虚拟手术系统是一个融合计算机技术、计算机图形学、传感器技术、生物力学、现代医学、图像处理、计算机视觉、机器人学、科学计算可视化等学科的多学科交叉研究领域,其研究目的是利用计算机技术来模拟、指导医学手术所涉及的各种过程。在时间段上包括了术前、术中、术后,在实现的目的上有手术计划制定、手术教学、手术技能训练、手术考核、术中引导,有着广阔的应用前景。论文在剖析虚拟手术系统构成的基础上,深入研究虚拟手术系统中软体几何建模和变形计算两项核心技术。在几何建模方面,针对目前模型改变的局限性,提出单位化建模算法用于对象的几何建模。该算法通过引入单位建模空间,首先得到单位模型,然后通过比例参数控制单位模型的缩放,从而得到按比例参数在X,Y,Z三个方向上的分量缩放后的新模型。实验证明,该方法可以显著提高模型的通用性。在变形计算方面,针对自由变形算法通过调整控制顶点实现局部变形的局限性,提出基于单位化建模的衰减变形方法。该方法将变形软体碰撞点的三维世界坐标转换为三角网格二维顶点坐标,通过确定以碰撞顶点为中心的自适应变形区域,控制区域内顶点偏移量发生衰减变化,从而直接作用于物体顶点进行变形,同时通过设计合适的衰减函数使偏移量呈抛物线衰减。通过实验证明变形在局部区域内可取得准确的抛物线衰减效果,进一步提高变形的实时性,降低系统的时空开销。本文的最后对所做的工作进行了总结,并结合算法设计与实现中的体会和现有算法的不足,对以后的研究中需要进一步深入研究的几个方面做了一个简单的展望。