随着计算机图形学的发展，越来越多的计算机模拟技术被用于跨学科领域。虚拟手术训练系统是该领域的一个热点。该系统利用各种医学影像数据及虚拟现实技术在计算机中建立一个模拟环境，在此环境中，医生可以通过交互设备与虚拟的人体器官进行交互从而模拟手术过程的进行。利用虚拟手术进行肩关节镜手术训练是一种低成本、低风险、高效率的培训手段。

　　 虚拟手术系统涉及的研究内容包括虚拟器官的建模与可视化，虚拟器官在虚拟手术器械等外力作用下的形变处理，切割，切割引起的模型重构及相关计算，力学反馈的计算与模拟等。本课题主要从虚拟器官的建模与可视化，虚拟软组织的形变模拟方面进行研究探讨。

　　 我们采用C++编程语言，wxWidget的界面开发平台以及OpenGL的图形渲染技术利用Visual Studio软件工具开发了虚拟肩关节镜手术训练系统。如图2所示为系统界面，根据肩关节镜手术的特点，将窗口分为内窥镜窗口及全局窗口；设置了控制内窥移动的方向控件；可以实现选择手术器械、选择训练难度以及调节透明度等相关参数的功能。

　　 在功能上，系统实现了关节镜探查、力反馈渲染、组织拉伸固定、软组织形变以及置锚钉的功能，如图2-5所示。在性能上，我们建立的基于无网格几何拓扑结构的系统具有动态性及鲁棒性。将形变计算在GPU上加速使得计算效率提高了8到10倍。改进的质点-弹簧模型简单且具有灵活性，加入的约束条件使得形变模拟看起来更加真实。

　　 肩关节镜手术是一种应用广泛但操作难度高的微创手术，大力开展肩关节镜手术培训研究是关节外科发展的重要方向。本研究利用CT及MRI影像数据建立虚拟的人体肩关节，结合无网格模型技术、弹簧-质点模型技术及AABB包围盒碰撞检测等技术在计算机中建立一个模拟环境，在此环境中，医生可以通过自主研发的力反馈交互设备实现关节镜探查、诊断以及模拟简单的肩关节镜手术操作。

　　 虚拟肩关节镜手术系统可用于手术训练教学、模拟手术方案、术中导航、远程干预及定制修复拟合模型等，能够降低手术训练以及治疗的成本和风险，提高临床医学诊断、治疗的精度。对于完善健全的、有较高科技含量的医疗教育及全民健康体系有着重要的意义。