目前,微创手术技术在医学领域的应用越来越广泛,而微创手术医生掌握该技术却需要较长的时间和昂贵的费用,为了解决微创手术医师的培训问题,本文设计和开发了微创手术培训系统软件平台。本培训系统以VC++6.0为软件开发环境,利用开放式图形库OpenGL搭建了虚拟环境仿真平台,完成了微创手术培训软件系统的对象建模(包括几何模型、物理模型和计算模型)、碰撞检测、人机交互界面、模型渲染(纹理贴图、光照材质等)和训练方案等程序模块的设计,为受训者提供了一个逼真的虚拟手术训练环境。根据微创手术的应用范围,利用3D建模软件3DS MAX和Pro/E分别对涉及到的人体组织器官和手术器械进行几何建模。通过编写接口程序,在OpenGL环境下基于三角形网格造型法重新构建器官和手术器械模型的“面模型”。本文对虚拟手术过程中软组织(人体器官)与刚性物体(手术器械)的碰撞检测问题进行了深入研究。分析了层次包围盒碰撞检测算法的实现流程和基本几何元素间的相交测试计算。本系统基于AABB包围盒设计了一套碰撞检测算法从而实现了虚拟手术场景中模型的碰撞检测和包围盒更新。本系统在线弹性物理模型的基础上,构造质点-弹簧模型作为人体器官的计算模型,引入弹性系数、阻尼系数、质量等参数来表现人体器官的物理特性。采用邻接矩阵表示模型的拓扑结构,并构造了模型的动力学方程,求解方程即可得到人体器官模型的形变和力反馈。利用VC++6.0和OpenGL搭建的平台完成了系统人机交互界面模块、模型渲染模块和通讯模块等功能模块的开发,实现了设计的几种手术培训方案,使手术医师在虚拟手术环境下体验真实手术操作。微创手术培训软件系统的运行效果表明,基于虚拟现实技术的手术训练系统能够使受训者沉浸于逼真地手术操作中,实现手术医师与虚拟对象之间实时的交互作用,达到训练手术医师操作技能的目的。本文的研究成果,对于快速、经济地培养合格的微创手术医师有重要的实际意义,有助于微创手术技术的推广。