题目：牙周科手术中细节特征仿真的力觉合成方法

对于高保真的牙周科手术模拟来说，力觉的感受对结果的判断起着很重要的作用，特别是对口腔内部病变组织进行真实模拟，能使操作者通过训练获得牙周病治疗的经验并得到提高。由于牙周科手术在口腔内较为狭小的空间中完成，需要左右手同时配合完成操作，因此对于仿真中的模型精细程度、力觉感受细微的变化以及系统的稳定性等都有很高的要求。本文介绍了一种基于约束的六自由度力觉合成方法，结合多区域接触、变形体计算和摩擦力仿真，用于实现典型的牙周科手术的模拟操作，这些操作包括了对牙周袋深度的探查、块状和颗粒状两种牙石的去除。当多区域接触出现在工具和弹性物体之间时，六自由度力合成具有很大的挑战性。本文详细阐述了精细模型力觉合成中遇到的问题并提出解决办法，提出了对舌头和牙龈两中不同范围变形进行弹簧-小球变形方法和几何变形方法的变形计算，分析了牙石去除施力的必要条件，对细小薄壁牙石工具穿越问题提出连续碰撞检测方法，对颗粒状牙石的刮治提出摩擦力渐变的模拟方法等。本文同时进行了牙周科典型操作的实验，对本文的力觉合成方法进行了验证，实验采用Phantom Desktop和Omni进行双手协同操作，在牙周探诊、块状牙石去除以及颗粒状牙石去除一系列典型操作中，系统能在高效率计算的同时有稳定的力输出，力觉循环的频率能够保持在1kHz以上。本文所述方法涉及到的碰撞检测、变形计算、工具位姿优化一系列过程能够在大于1kHz的频率下完成，在不使用虚拟耦合方法的前提下，避免了工具与物体之间的嵌入，并能保持力觉合成的稳定性。