Дым и кровь в хирургических симуляторах стали реальными
Специальное программное обеспечение, позволяющее создавать фотореалистические изображения потоков крови и обожженной плоти, разработано американскими инженерами для применения в виртуальных симуляторах хирургических операций. Об этой разработке сотрудников расположенного в городе Трой штата Нью-Йорк Политехнического института Ренселлера рассказывает вышедший в среду номер журнала New Scientist.
Новые программы предназначены для симуляторов эндоскопических операций, которые
проводятся в полостях груди и живота через небольшие проколы. Поскольку при
такой технологии хирург наблюдает за операционным полем через монитор, создание
компьютерных симуляторов эндоскопических операций является весьма эффективным
способом обучения и повышения квалификации врачей.
На тренажере инструменты закрепляются внутри искусственного туловища и при
помощи целого ряда устройств достигается реалистическая механическая "обратная
связь" с рукой хирурга.
Единственным компонентом этой методики, в котором недоставало правдоподобия,
были реакции тканей на воздействие инструментов. Для реальной операции обычны
струи крови при повреждении сосудов, дым от электрокоагулятора, которым
поврежденные сосуды прижигают, и тому подобное.
При этом крайне важно, чтобы количество выливающейся в рану крови, свойства ее
струйки или степень задымления в "поле зрения" виртуального световода были
достоверны, что требует постоянного расчета сложных уравнений гидродинамики и
газодинамики. На современном уровне развития технологии вычисления, необходимые
для генерирования подобных изображений традиционными методами, требуют многих
часов машинного времени.
При этом внешние факторы всё время меняются, поскольку хирург в ходе тренировки
занимается именно борьбой с кровотечением путем прижигания сосудов.
Решить поставленную задачу удалось, применив наложение предварительно
рассчитанных и запрограммированных спецэффектов на демонстрируемые симулятором
органы и ткани. Для этого были собраны записи реального задымления поля зрения
при стандартных действиях врача. Из всевозможных струек дыма составили
библиотеку и создали алгоритм вызова сохраненных записей при определенных
ситуациях на симуляторе.
Программа позволяет накладывать дым с частотой обновления кадра 30 в секунду и
варьирует густоту задымления в зависимости от того, как непосредственно хирург
работает с электрокоагулятором.
Для симуляции кровотечения программа использует анатомические сведения об объеме
кровотока в каждом сосуде человеческого тела и вычисляет скорость кровотечения,
учитывая "глубину" виртуального разрыва вены или артерии. Непосредственно
изображение струи крови формируется при помощи компьютерной анимации.
Данная технология, считают ее разработчики, может быть впоследствии
задействована и в разработке других симуляторов, в том числе в сфере
компьютерных игр.
Источник: Medportal.ru