專利名稱：虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)的制作方法
虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遙操作技術(shù)，特別是涉及一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)。背景技術(shù)：
虛擬手術(shù)是指通過力反饋設(shè)備與計(jì)算機(jī)中的手術(shù)對(duì)象模型進(jìn)行交互操作，手術(shù)對(duì)象模型用于模擬實(shí)體的手術(shù)對(duì)象，操作者對(duì)力反饋設(shè)備進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)虛擬的手術(shù)器械在手術(shù)對(duì)象模型中的虛擬手術(shù)。在傳統(tǒng)的虛擬手術(shù)中，虛擬的手術(shù)器械和手術(shù)對(duì)象模型的交互碰撞是在作為操作端的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行的，但是在需要向多臺(tái)終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)同步的情況下，無論是采用視頻流的傳送方法還是采用網(wǎng)絡(luò)游戲中關(guān)鍵操作傳送方法均難以實(shí)現(xiàn)虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步，存在著同步率低的缺陷。對(duì)于視頻流的傳送方法和網(wǎng)絡(luò)游戲中關(guān)鍵操作傳送方法這兩類常用的數(shù)據(jù)傳送方法而言，與視頻流的傳輸相比較，虛擬手術(shù)中需要進(jìn)行實(shí)時(shí)同步的數(shù)據(jù)是三維手術(shù)對(duì)象模型，數(shù)據(jù)量是不固定的，即虛擬手術(shù)中使用的模型大小和模型精度并不存在統(tǒng)一的規(guī)格，因此，虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步并不能夠采用視頻流的傳送方法實(shí)現(xiàn)；由于虛擬手術(shù)中虛擬的手術(shù)器械和手術(shù)對(duì)象模型之間的交互碰撞是一個(gè)與時(shí)間相關(guān)的矢量過程，所以操作端與需要同步的終端設(shè)備之間也不能使用網(wǎng)絡(luò)游戲中使用的關(guān)鍵操作傳送方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。虛擬手術(shù)的操作端為降低運(yùn)行的復(fù)雜性和資源開銷，無法保存所有需要同步于終端設(shè)備的數(shù)據(jù)，即操作端只能保存當(dāng)前產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并向終端設(shè)備發(fā)送保存的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸過程是一個(gè)“盡力而為”的過程，常常受到很多不可預(yù)知因素的影響而發(fā)生波動(dòng)，并且在發(fā)生傳輸錯(cuò)誤之后忽略本次傳輸錯(cuò)誤，待下一次周期性傳輸?shù)絹淼臅r(shí)候用接收到的數(shù)據(jù)更新當(dāng)前數(shù)據(jù)，由于虛擬手術(shù)過程中發(fā)送的數(shù)據(jù)是虛擬的手術(shù)器械的位置和狀態(tài)，因此必須保證每一個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)都成功傳送，若采用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸過程進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，終端設(shè)備通過接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行手術(shù)對(duì)象模型的更新時(shí)會(huì)發(fā)生更新結(jié)果與操作端不一致的情況，并且這種情況會(huì)隨著時(shí)間的推移而越來越嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致同步率低下。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能提高同步率的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法。此外，還有必要提供一種能提高同步率的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)。一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，包括如下步驟:獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)；對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)；讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送；通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于所述虛擬手術(shù)中。優(yōu)選地，所述獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)的步驟為:計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。
優(yōu)選地，所述計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)的步驟之前還包括:檢測(cè)所述手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則進(jìn)入所述計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)的步驟，若否，則所述獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)的步驟為:計(jì)算所述手術(shù)工具模型的變換矩陣。優(yōu)選地，所述對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的步驟為:將所述模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串；根據(jù)所述字符串在內(nèi)存中的地址將所述地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將所述編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與所述字符串關(guān)聯(lián)；連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的步驟為:獲取所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度；分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。優(yōu)選地，所述對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的步驟之后還包括:緩存所述編碼數(shù)據(jù)；所述讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送的步驟之后還包括:接收所述發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)；編碼模塊，用于對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)；發(fā)送模塊，用于讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送；模型更新模塊，用于通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于所述虛擬手術(shù)中。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)獲取模塊還用于計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。優(yōu)選地，還包括:檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則通知所述數(shù)據(jù)獲取模塊計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)，若否，則所述數(shù)據(jù)獲取模塊還用于計(jì)算所述手術(shù)工具模型的變換矩陣。優(yōu)選地，所述編碼模塊包括:轉(zhuǎn)換單元，用于將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串；構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述字符串的存儲(chǔ)地址將所述地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將所述編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與所述字符串關(guān)聯(lián)；連接單元，用于連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述連接單元還用于獲取構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度，分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。優(yōu)選地，還包括:
緩存模塊，用于緩存所述編碼數(shù)據(jù)；接收模塊，用于接收所述發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。上述虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)中，獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，將模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以將發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)同步到接收端，并更新于虛擬手術(shù)中，由于僅發(fā)送發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，進(jìn)而提高虛擬手術(shù)中的同步率。

圖1為一個(gè)實(shí)施例中虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法的流程圖；圖2為另一個(gè)實(shí)施例中虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法的流程圖；圖3為一個(gè)實(shí)施例中對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的方法流程圖；圖4為一個(gè)實(shí)施例中虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為另一個(gè)實(shí)施例中虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為一個(gè)實(shí)施例中編碼模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為另一個(gè)實(shí)施例中虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為一個(gè)實(shí)施例中虛擬骨科機(jī)器人手術(shù)模擬訓(xùn)練過程中操作端的運(yùn)行狀態(tài)示意圖；圖9為圖8中 對(duì)操作端的虛擬骨科機(jī)器人手術(shù)模型訓(xùn)練進(jìn)行同步的狀態(tài)示意圖。具體實(shí)施方式
在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，包括如下步驟:步驟S110，獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中通過幾何模型來描述涉及的模型，該幾何模型可為三角片模型，相對(duì)的，模型數(shù)據(jù)為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記載多個(gè)頂點(diǎn)以及多個(gè)三角形，是虛擬手術(shù)中手機(jī)工具模型和/或手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，獲取虛擬手術(shù)中的模型數(shù)據(jù)，并使得虛擬手術(shù)中數(shù)據(jù)同步的接收端所展示的虛擬手術(shù)過程擁有三維效果，因此，不僅減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也大大提高了虛擬手術(shù)同步過程中的顯示效果，更為逼真地同步虛擬手術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟SllO的具體過程為:計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。本實(shí)施例中，在虛擬手術(shù)中，手術(shù)工具模型是手術(shù)器械的幾何模型，操作者直接調(diào)用所需的手術(shù)工具模型即可，手術(shù)對(duì)象模型是手術(shù)工具模型所要操作的對(duì)象物體，包括了頂點(diǎn)、邊和面三個(gè)數(shù)組。手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型發(fā)生交互碰撞時(shí)為消除數(shù)據(jù)同步過程中模型數(shù)據(jù)之間的相互影響，直接將手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)用于虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步。由于將手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)作為模型數(shù)據(jù)，使得多個(gè)連續(xù)的模型數(shù)據(jù)之間不會(huì)相互影響，這將使數(shù)據(jù)同步過程適應(yīng)于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)傳輸，提高同步率。此外，這一虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步過程僅僅對(duì)手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)等模型數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而不需要將整個(gè)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型進(jìn)行傳輸，大大地降低了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示,上述步驟SllO之前還包括:步驟S210，檢測(cè)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則進(jìn)入步驟S230，若否，則進(jìn)入步驟S250。本實(shí)施例中，對(duì)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以判斷是否發(fā)生了交互，若是，則說明手術(shù)工具模型的位置以及手術(shù)對(duì)象模型發(fā)生了變化，因此，需要對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，以得到發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，若判斷到手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型并未發(fā)生碰撞，則只需獲取到手術(shù)工具模型中的變換矩陣即可。步驟S230，計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。步驟S250，計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣。步驟S120，對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，為與網(wǎng)絡(luò)傳輸中的應(yīng)用層相適應(yīng)，應(yīng)當(dāng)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，獲取到的模型數(shù)據(jù)通常是以字符串的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的，因此可將字符串進(jìn)行分組，在字符串的分組中還應(yīng)當(dāng)將模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串與長度標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，該長度標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)分組中模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串的長度，實(shí)現(xiàn)了傳輸數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性，并保證后續(xù)同步過程中數(shù)據(jù)解析的正確性。進(jìn)一步的，可將分組中的長度標(biāo)記設(shè)定為固定的字節(jié)長度，例如，長度標(biāo)記可為4字節(jié)長度，以進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)解析的正確性。例如，分組中所形成的數(shù)據(jù)格式可以為[Item長度+Item字符串]，多個(gè)分組依次連接便構(gòu)成了用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)，該編碼數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)為字符串流。每一分組中模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串長度是由存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量決定的，也就是由手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中的形變頂點(diǎn)的數(shù)量決定。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，上述步驟S120的具體過程為:步驟S121，將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串。步驟S123，根據(jù)字符串的存儲(chǔ)地址將該地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與字符串關(guān)聯(lián)。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中獲取的發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)是以字符串的形式有序存儲(chǔ)的，根據(jù)存儲(chǔ)地址依次讀取出對(duì)應(yīng)的字符串，每一存儲(chǔ)地址所對(duì)應(yīng)的字符串即可作為一個(gè)分組，在每一分組中將該字符串與其對(duì)應(yīng)的長度相關(guān)聯(lián)形成編碼數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)地址為字符串存儲(chǔ)于緩沖區(qū)的地址。步驟S125，連接構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，將多個(gè)構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次首尾相接得到包含多個(gè)編碼數(shù)據(jù)組成的字符串流，進(jìn)而方便數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟S125的具體過程為:獲取構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度，分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。本實(shí)施例中，每一構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)了一個(gè)分組，即分組的長度即為構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度。開始標(biāo)識(shí)符為預(yù)定長度的字符，例如，可為I字節(jié)，設(shè)置于多個(gè)編碼數(shù)據(jù)組成的字符串流的前端。校驗(yàn)和用于驗(yàn)證接收到的字符串流的正確性和完整性。具體的，最終連接形成的字符串流所對(duì)應(yīng)的格式樣例為:開始標(biāo)識(shí)符+獲取的長度+校驗(yàn)和+[Iteml長度+Iteml字符串] + [Item2長度+Item2字符串]+......+ [ItemN長度+ItemN字符串]，
其中，[ItemN長度+ItemN字符串]為第N個(gè)分組所編碼數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串及其長度。將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接起來，在后續(xù)的解析過程中，將首先讀取開始標(biāo)識(shí)符，通過開始標(biāo)識(shí)符將獲知當(dāng)前接收的字符串流開始進(jìn)行解析，然后根據(jù)與開始標(biāo)識(shí)符相連接的獲取的長度可以獲知字符串流中分組的長度，此時(shí)讀取校驗(yàn)和，并檢驗(yàn)字符串流的正確性，如果發(fā)生錯(cuò)誤則將其丟棄，驗(yàn)證了字符串流的正確性之后，根據(jù)讀取到的獲取的長度進(jìn)入循環(huán)，在循環(huán)中依次解析對(duì)字符串流中的分組，以重建發(fā)生交互的模型數(shù)據(jù)，其中，循環(huán)次數(shù)即為獲取的長度。在循環(huán)解析的過程中，若讀取到字符串流中的末端數(shù)據(jù)不完整，則暫停對(duì)該末端數(shù)據(jù)的解析，待接收完畢之后繼續(xù)解析。步驟S130，讀取編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送。本實(shí)施例中，讀取編碼數(shù)據(jù)之后，通過RTP協(xié)議(Real-time Transport Protocol,實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)、UDP協(xié)議(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)或者TCP協(xié)議(Transmission Control Protocol,傳輸控制協(xié)議)進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸。進(jìn)一步的，由于通過UDP協(xié)議能夠能夠保證接收到完整的數(shù)據(jù)包，因此，通過UDP協(xié)議進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸保證了傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)的正確性和完整性。在一個(gè)實(shí)施例中，在對(duì)編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中，可設(shè)定時(shí)間間隔，即每隔一定的時(shí)間間隔便進(jìn)行一次編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送，例如，該時(shí)間間隔可為40ms ;相對(duì)的，在虛擬手術(shù)中進(jìn)行同步的接收端也設(shè)定時(shí)間間隔，每隔一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間間隔便進(jìn)行一次編碼數(shù)據(jù)的接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的周期性傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，上述步驟S120之后還包括:緩存編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，將編碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于緩沖區(qū)中，以待發(fā)送，且通過存儲(chǔ)于緩沖區(qū)這一緩存機(jī)制進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也進(jìn)一步提高了編碼數(shù)據(jù)的存取速度，以提高編碼數(shù)據(jù)的同
I K少率。上述步驟S130之后還包括:接收發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中進(jìn)行同步的接收端不斷接收編碼數(shù)據(jù)，在接收到虛擬手術(shù)的操作端所發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)之后，也將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)中。虛擬手術(shù)的操作端和編碼數(shù)據(jù)的接收端均對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行了緩存，通過這一雙緩沖過程，無論以何種協(xié)議進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸，均能夠保證整個(gè)數(shù)據(jù)同步過程不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能波動(dòng)的影響，并且實(shí)現(xiàn)了最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，進(jìn)而提高了虛擬手術(shù)中的同步率，滿足虛擬手術(shù)中較高的交互碰撞檢測(cè)采樣率。步驟S140，通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于虛擬手術(shù)中。本實(shí)施例中，對(duì)接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以重建得到虛擬手術(shù)操作端中發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，并將重建得到的模型數(shù)據(jù)更新到接收端所同步顯示的虛擬手術(shù)中。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊10、編碼模塊20、發(fā)送模塊30以及模型更新模塊40。數(shù)據(jù)獲取模塊10，用于獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中通過幾何模型來描述涉及的模型，該幾何模型可為三角片模型，相對(duì)的，模型數(shù)據(jù)為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于記載多個(gè)頂點(diǎn)以及多個(gè)三角形，是虛擬手術(shù)中手機(jī)工具模型和/或手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)獲取模塊10獲取虛擬手術(shù)中的模型數(shù)據(jù)，并使得虛擬手術(shù)中數(shù)據(jù)同步的接收端所展示的虛擬手術(shù)過程擁有三維效果，因此，不僅減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也大大提高了虛擬手術(shù)同步過程中的顯示效果，更為逼真地同步虛擬手術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)獲取模塊10還用于計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。本實(shí)施例中，在虛擬手術(shù)中，手術(shù)工具模型是手術(shù)器械的幾何模型，操作者直接調(diào)用所需的手術(shù)工具模型即可，手術(shù)對(duì)象模型是手術(shù)工具模型所要操作的對(duì)象物體，包括了頂點(diǎn)、邊和面三個(gè)數(shù)組。手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型發(fā)生交互碰撞時(shí)為消除數(shù)據(jù)同步過程中模型數(shù)據(jù)之間的相互影響，數(shù)據(jù)獲取模塊10直接將手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)用于虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步。由于將手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)作為模型數(shù)據(jù)，使得多個(gè)連續(xù)的模型數(shù)據(jù)之間不會(huì)相互影響，這將使數(shù)據(jù)同步過程適應(yīng)于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)傳輸，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)傳輸，提高同步率。此外，這一虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步過程僅僅對(duì)手術(shù)工具模型中的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)等模型數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而不需要將整個(gè)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型進(jìn)行傳輸，大大地降低了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，上述虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)還包括:檢測(cè)模塊50，用于檢測(cè)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則通知數(shù)據(jù)獲取模塊10進(jìn)行手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)的計(jì)算，若否，則該數(shù)據(jù)獲取模塊10還用于計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣。本實(shí)施例中，檢測(cè)模塊50對(duì)手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，以判斷是否發(fā)生了交互，若是，則說明手術(shù)工具模型的位置以及手術(shù)對(duì)象模型發(fā)生了變化，因此，需要數(shù)據(jù)獲取模塊10對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，以得到發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，若檢測(cè)模塊50判斷到手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型并未發(fā)生碰撞，則只需數(shù)據(jù)獲取模塊10獲取到手術(shù)工具模型中的變換矩陣即可。編碼模塊20，用于對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，為與網(wǎng)絡(luò)傳輸中的應(yīng)用層相適應(yīng)，應(yīng)當(dāng)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，獲取到的模型數(shù)據(jù)通常是以字符串的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的，因此編碼模塊20可將字符串進(jìn)行分組，在字符串的分組中還應(yīng)當(dāng)將模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串與長度標(biāo)記相關(guān)聯(lián)，該長度標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)分組中模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串的長度，實(shí)現(xiàn)了傳輸數(shù)據(jù)的一致性和連續(xù)性，并保證后續(xù)同步過程中數(shù)據(jù)解析的正確性。進(jìn)一步的，編碼模塊20可將分組中的長度標(biāo)記設(shè)定為固定的字節(jié)長度，例如，長度標(biāo)記可為4字節(jié)長度，以進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)解析的正確性。例如，分組中所形成的數(shù)據(jù)格式可以為[Item長度+Item字符串]，多個(gè)分組依次連接便構(gòu)成了用于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)，該編碼數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)為字符串流。每一分組中模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的字符串長度是由存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量決定的，也就是由手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中的形變頂點(diǎn)的數(shù)量決定。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖6所示，上述編碼模塊20包括:
轉(zhuǎn)換單元210，用于將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串。構(gòu)造單元230，用于根據(jù)字符串的存儲(chǔ)地址將該地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與字符串關(guān)聯(lián)。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中獲取的發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)是以字符串的形式有序存儲(chǔ)的，構(gòu)造單元230根據(jù)存儲(chǔ)地址依次讀取出對(duì)應(yīng)的字符串，每一存儲(chǔ)地址所對(duì)應(yīng)的字符串即可作為一個(gè)分組，在每一分組中將該字符串與其對(duì)應(yīng)的長度相關(guān)聯(lián)形成編碼數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲(chǔ)地址為字符串存儲(chǔ)于緩沖區(qū)的地址。連接單元250，用于連接構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，連接單元250將多個(gè)構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次首尾相接得到包含多個(gè)編碼數(shù)據(jù)組成的字符串流，進(jìn)而方便數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。在一個(gè)實(shí)施例中，連接單元250還用于獲取構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度，分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。本實(shí)施例中，每一構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)了一個(gè)分組，即分組的長度即為構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度。開始標(biāo)識(shí)符為預(yù)定長度的字符，例如，可為I字節(jié)，設(shè)置于多個(gè)編碼數(shù)據(jù)組成的字符串流的前端。校驗(yàn)和用于驗(yàn)證接收到的字符串流的正確性和完整性。具體的，最終連接單元250連接形成的字符串流所對(duì)應(yīng)的格式樣例為:開始標(biāo)識(shí)符+獲取的長度+校驗(yàn)
和+[Iteml 長度+Iteml 字符串] + [Item2 長度+Item2 字符串]+......+ [ItemN 長度+ItemN
字符串]，其中，[ItemN長度+ItemN字符串]為第N個(gè)分組中編碼數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的字符串及其長度。發(fā)送模塊30，用于讀取編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送。本實(shí)施例中，發(fā)送模塊30讀取編碼數(shù)據(jù)之后，通過RTP協(xié)議(Real-timeTransport Protocol,實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)、UDP 協(xié)議(User Datagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議)或者TCP協(xié)議(Transmission Control Protocol,傳輸控制協(xié)議)進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸。進(jìn)一步的，由于通過UDP協(xié)議能夠能夠保證接收到完整的數(shù)據(jù)包，因此，發(fā)送模塊30通過UDP協(xié)議進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸保證了傳輸?shù)木幋a數(shù)據(jù)的正確性和完整性。在一個(gè)實(shí)施例中，在對(duì)編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送過程中，發(fā)送模塊30可設(shè)定時(shí)間間隔，SP每隔一定的時(shí)間間隔便進(jìn)行一次編碼數(shù)據(jù)的發(fā)送，例如，該時(shí)間間隔可為40ms ;相對(duì)的，在虛擬手術(shù)中進(jìn)行同步的接收端也設(shè)定時(shí)間間隔，每隔一個(gè)相應(yīng)的時(shí)間間隔便進(jìn)行一次編碼數(shù)據(jù)的接收，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的周期性傳輸。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖7所示，上述虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)還包括緩存模塊60以及接收模塊70，其中:緩存模塊60，用于緩存編碼數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，緩存模塊60將編碼數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于緩沖區(qū)中，以待發(fā)送，且通過存儲(chǔ)于緩沖區(qū)這一緩存機(jī)制進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也進(jìn)一步提高了編碼數(shù)據(jù)的存取速度，以提高編碼數(shù)據(jù)的同步率。接收模塊70，用于接收發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。本實(shí)施例中，虛擬手術(shù)中進(jìn)行同步的接收端不斷接收編碼數(shù)據(jù)，在接收模塊70接收到虛擬手術(shù)的操作端所發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)之后，也將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)中。虛擬手術(shù)的操作端和編碼數(shù)據(jù)的接收端均對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行了緩存，通過這一雙緩沖過程，無論以何種協(xié)議進(jìn)行編碼數(shù)據(jù)的傳輸，均能夠保證整個(gè)數(shù)據(jù)同步過程不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能波動(dòng)的影響，并且實(shí)現(xiàn)了最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，進(jìn)而提高了虛擬手術(shù)中的同步率，滿足虛擬手術(shù)中較高的交互碰撞檢測(cè)采樣率。模型更新模塊40，用于通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于虛擬手術(shù)中。本實(shí)施例中，模型更新模塊40對(duì)接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，以重建得到虛擬手術(shù)操作端中發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，并將重建得到的模型數(shù)據(jù)更新到接收端所同步顯示的虛擬手術(shù)中。具體的，連接單元250將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接起來，在后續(xù)的解析過程中，模型更新模塊40將首先讀取開始標(biāo)識(shí)符，通過開始標(biāo)識(shí)符將獲知當(dāng)前接收的字符串流開始進(jìn)行解析，然后根據(jù)與開始標(biāo)識(shí)符相連接的獲取的長度可以獲知字符串流中分組的長度，此時(shí)讀取校驗(yàn)和，并檢驗(yàn)字符串流的正確性，如果發(fā)生錯(cuò)誤則將其丟棄，驗(yàn)證了字符串流的正確性之后，根據(jù)讀取到的獲取的長度進(jìn)入循環(huán)，在循環(huán)中依次解析對(duì)字符串流中的分組，以重建發(fā)生交互的模型數(shù)據(jù)，其中，循環(huán)次數(shù)即為獲取的長度。在循環(huán)解析的過程中，若讀取到字符串流中的末端數(shù)據(jù)不完整，則暫停對(duì)該末端數(shù)據(jù)的解析，待接收完畢之后繼續(xù)解析。如圖8至9所示，將上述虛擬手術(shù)的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)應(yīng)用于虛擬顧客機(jī)器人手術(shù)模型訓(xùn)練時(shí)，對(duì)手術(shù)工具模型與手術(shù)對(duì)象模型之間的交互碰撞為100次/秒，在運(yùn)行過程中，無論使用IOM的交換機(jī)還是100M的交換機(jī)進(jìn)行傳輸均能夠正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。上述虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)中，獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，將模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以將發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)同步到接收端，并更新于虛擬手術(shù)中，由于僅發(fā)送發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，進(jìn)而提高虛擬手術(shù)中的同步率。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，包括如下步驟: 獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)； 對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)； 讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送； 通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于所述虛擬手術(shù)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，所述獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)的步驟為: 計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，所述計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)的步驟之前還包括: 檢測(cè)所述手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則進(jìn)入所述計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)的步驟，若否，則所述獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)的步驟為: 計(jì)算所述手術(shù)工具模型的變換矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，所述對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的步驟為: 將所述模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串； 根據(jù)所述字符串在內(nèi)存中的地址將所述地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將所述編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與所述字符串關(guān)聯(lián)； 連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，所述連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的步驟為: 獲取所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度； 分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，其特征在于，所述對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)的步驟之后還包括: 緩存所述編碼數(shù)據(jù)； 所述讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送的步驟之后還包括: 接收所述發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。
7.—種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)； 編碼模塊，用于對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)； 發(fā)送模塊，用于讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送； 模型更新模塊，用于通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于所述虛擬手術(shù)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)獲取模塊還用于計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)所述手術(shù)工具模型和手術(shù)對(duì)象模型是否發(fā)生交互，若是，則通知所述數(shù)據(jù)獲取模塊計(jì)算手術(shù)工具模型的變換矩陣和手術(shù)對(duì)象模型中發(fā)生形變的頂點(diǎn)，若否，則 所述數(shù)據(jù)獲取模塊還用于計(jì)算所述手術(shù)工具模型的變換矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼模塊包括: 轉(zhuǎn)換單元，用于將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串； 構(gòu)造單元，用于根據(jù)所述字符串的存儲(chǔ)地址將所述地址對(duì)應(yīng)的字符串構(gòu)造成編碼數(shù)據(jù)，并將所述編碼數(shù)據(jù)中字符串的長度與所述字符串關(guān)聯(lián)； 連接單元，用于連接所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，所述連接單元還用于獲取構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)的長度，分別將開始標(biāo)識(shí)符、獲取的長度、校驗(yàn)和以及所述構(gòu)造的編碼數(shù)據(jù)依次連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 緩存模塊，用于緩存所述編碼數(shù)據(jù)； 接收模塊，用于接收所 述發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)，并緩存。
全文摘要
一種虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法，包括如下步驟獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)；對(duì)所述模型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼得到對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)；讀取所述編碼數(shù)據(jù)并發(fā)送；通過接收的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行重建得到發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，并更新于所述虛擬手術(shù)中。上述虛擬手術(shù)中的數(shù)據(jù)同步方法及系統(tǒng)中，獲取虛擬手術(shù)中發(fā)生變化的模型數(shù)據(jù)，將模型數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)發(fā)送出去，以將發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)同步到接收端，并更新于虛擬手術(shù)中，由于僅發(fā)送發(fā)生了變化的模型數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)傳輸量，進(jìn)而提高虛擬手術(shù)中的同步率。
文檔編號(hào)G09B23/28GK103166987SQ20111041223
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者謝永明, 劉平, 朱壇超, 李建英, 張賀曄, 王平安 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院