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一種針灸力反饋形變模型的建模方法與流程

文檔序號:11155999閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種針灸力反饋形變模型的建模方法,其特征在于,包含以下步驟:

步驟1),重建軟組織模型:采用體元模型重建軟組織內部,采用網格模型重建軟組織表皮;所述體元模型包含用于表示軟組織內部的內部體元和用于表示模型針頭的針體元;進行針灸模擬時,將模型針頭在軟組織內部所經過路徑上的內部體元替換成針體元;

步驟2),根據以下公式計算用于記錄軟組織模型的全局形變信息的的全局形變矩陣A:

<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>m</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,n是軟組織模型的網格質點數,mi是軟組織模型中質點i的質量,i為大于等于1小于等于n的自然數,pi是軟組織模型中質點i的坐標,pcm是形變后軟組織模型的質心坐標,是質點i的初始坐標,是初始狀態下軟組織模型的質心坐標;

步驟3),計算針刺點形變前的初始坐標和針刺點坐標pc之間的距離

且針尖坐標x與針刺點坐標pc重合時,判定皮膚表層為未被刺破的狀態,執行步驟4),其中,dmax為預設的皮膚最大形變量;

且針尖坐標x與針刺點坐標pc不重合時,判定皮膚表層為被刺破的狀態,執行步驟5);

步驟4),根據以下公式實時產生虛擬彈簧計算皮膚表層的力反饋Fout

<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&Element;</mo> <mi>&sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </munder> <mi>k</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>d</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> <mi>i</mi> </msubsup> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow>

其中,σ(i)為軟組織模型中受形變影響的網格質點集合,k為預設的虛擬彈簧系數,為軟組織模型中質點i的初始坐標和當前坐標pi之間的距離,Nout為以針尖為頂點沿針方向的單位向量;

步驟5),根據針刺深度計算軟組織模型的內部力反饋,同時對針刺后的皮膚進行復原控制;

步驟5.1),根據針刺點坐標pc和針尖坐標x的距離din計算軟組織模型的內部力反饋Fin

Fin=ρ·din·Nin

其中,ρ是預設的的皮下組織密度,din是針刺點坐標pc和針尖坐標x的距離,Nin是從針尖坐標x到針刺點坐標pc的單位向量;

步驟5.2),根據以下公式計算軟組織模型中各個質點目標位置的坐標:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </mrow> <mn>0</mn> </msubsup> <mo>)</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>p</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>m</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mi>S</mi> <mo>/</mo> <mi>A</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>S</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mi>A</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>A</mi> </mrow> </msqrt> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

其中,為質點i目標位置的坐標,R是旋轉矩陣,S是對稱系數,矩陣AT是矩陣A的轉置矩陣;

步驟5.3),根據以下公式優化軟組織模型中各質點目標位置的坐標:

<mrow> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

其中,ηi為預設的恢復系數,ηi∈[0,1];

步驟5.4),對于軟組織模型中的各個質點i,控制其在預設的速率Rr下以ηi=ηi-Rr的速度向其目標位置移動。

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