J 2010

Real-time visio-haptic interaction with static soft tissue models having geometric and material nonlinearity

PETERLÍK, Igor; Mert SEDEF; Cagatay BASDOGAN a Luděk MATYSKA

Základní údaje

Originální název

Real-time visio-haptic interaction with static soft tissue models having geometric and material nonlinearity

Název česky

Vizualní a haptická interakce se statickými geometricky a fyzikálně nelineárními modely v reálném čase

Autoři

PETERLÍK, Igor; Mert SEDEF; Cagatay BASDOGAN a Luděk MATYSKA

Vydání

Computers & Graphics, Elsevier, 2010, 0097-8493

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10201 Computer sciences, information science, bioinformatics

Stát vydavatele

Nizozemské království

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 0.735

Označené pro přenos do RIV

Ano

Kód RIV

RIV/00216224:14330/10:00043753

Organizační jednotka

Fakulta informatiky

Klíčová slova česky

metoda konečných prvků, nelineární modely, distribuované výpočty, interpolace

Klíčová slova anglicky

Finite element modeling; Nonlinear model; Distributed computations; Interpolation methods; Haptics; Surgical simulation; Real-time interaction; Soft tissue modeling

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 4. 2. 2014 13:42, RNDr. Igor Peterlík, Ph.D.

Anotace

V originále

Realistic soft tissue models running in real-time are required for the development of computer-based surgical training systems. To construct a realistic soft tissue model, finite element (FE) modeling techniques are preferred over the particle-based techniques since the material properties can be integrated directly into the FE model to provide more accurate visual and haptic feedback to a user during the simulations. However, running even a static (time-independent) nonlinear FE model in real-time is a highly challenging task because the resulting stiffness matrix (K) is not constant and varies with the depth of penetration into the model. We propose a new computational approach allowing visio-haptic interaction with an FE model of a human liver having both nonlinear geometric and material properties. Our computational approach consists of two main steps: a pre-computation of the configuration space of all deformation configurations of the model, followed by the interpolation of the precomputed data for the calculation of the nodal displacements and reaction forces that are displayed to the user during the real-time interactions through a visual display and a haptic device, respectively. For the implementation of the proposed approach, no a priori assumptions or modeling simplifications about the mathematical complexity of the underlying soft tissue model, size and irregularity of the FE mesh are necessary. Moreover, it turns out that the deformation and force responses of the liver in the simulations are heavily influenced by the selected simulation parameters, such as the material model, boundary conditions and loading path, but the stability of the visual and haptic rendering in our approach does not depend on these parameters. In addition to showing the stability of our approach, the length of the precomputations as well as the accuracy of the interpolation scheme are evaluated for different interpolation functions and configuration space densities.

Česky

Realistická simulace měkkých tkání v reálném času se vyžaduje pro vývoj chirurgických simulátorů: Navrhujeme nový přístup vhodný pro modelování geometrických i materiálových nelinearit v kombinaci s vysokovou obnovovací prekvencí, která je nevyhnutná pro haptickou interakci. Technika je založená na distribuovaném předpočítání stavového prostoru. Kromě popisu techniky uvádíme její podrobné vyhodnocení pro různé parametry simulace.

Návaznosti

MSM0021622419, záměr
Název: Vysoce paralelní a distribuované výpočetní systémy
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Vysoce paralelní a distribuované výpočetní systémy