Virtual reality-based applications for medical training mimic physical phenomena which occur in deforming, cutting and bleeding with soft tissue, as well as milling with hard tissue. Real-time interaction plays an important role in these applications to acquire enhancements of medical skills and dexterity. Therefore, both visual and haptic cues should be properly provided not only to convey deliberate intention of the operators but also to improve their visual-spatial skills. Considering surgery simulation with real-time interaction, the topological changes of physical representation is one of inevitable components. This paper investigates a haptic rendering algorithm with shape changes in interactive virtual environments. While we primarily focus on asymmetric contact model such as Voxmap-PointShell, and its improved method using a distance field, some of the presented approaches could be transferable to haptic rendering algorithms with volumetric data. To be specific, the focus of our development is on collision model update and contact resolution engaged in topological changes. We contributes to efficient and stable contact resolution for haptic-enabled virtual environments with topological changes by employing pointless full octree as well as a normal estimation method based on adaptive sampling of a local distance map. The results of real-time tooth probing and cutting simulations support the benefits of our approach.
의료 훈련을 위한 가상 시뮬레이션 프로그램은 인체 조직의 변형, 절개, 출혈 시에 발생하는 물리적인 현상을 가상환경에서 재현한다. 이러한 시뮬레이터를 통해 훈련을 받을 때 실시간 상호작용은 피훈련자의 술기 향상에 중요한 역할을 하며 시뮬레이터는 피훈련자의 의도를 세심하게 전달하고 그들의 시공간 능력을 향상시킬 수 있도록 시각 및 촉각 정보를 제공해야 한다. 또한, 실시간 의료 훈련 시뮬레이션을 수행할 때 인체 조직의 위상 변화는 필수적인 요소 기술이다. 이 논문은 가상환경에서 모양이 변하는 객체를 위한 햅틱 렌더링 기법을 다루며 Voxmap-PointShell과 같이 비대칭적인 충돌 모델에 초점을 맞추어 기술하였다. 좀 더 자세히 말하면, 이 논문을 통해서 위상 변화가 발생하는 모델의 실시간 햅틱 시뮬레이션을 위하여 선형 포화 옥트리를 통한 충돌 모델 갱신 기법과 디스턴스 맵의 적응적인 셈플링을 통한 노멀 벡터 계산 기법을 제안한다. 이 논문에서 제시하는 방법을 실시간 치아 탐침과 삭제 시뮬레이션에 적용하여 제시한 방법의 장점을 보였다. 또한, MRI나 CT를 통해 획득한 의료 영상 데이터에도 제시하는 방법이 적용 가능함을 보였다.
