Tausta ja tavoite: Realistisen virtuaalisen leikkaussimulaation on simuloitava savua, koska sähköinen leikkaus aiheuttaa lämpökudosvaurioita. Pyörrehiukkasmenetelmällä savun simuloinnissa voidaan realistisesti esittää pyörteen yksityiskohdat ja savun liikerata, mutta laskennalliset kustannukset ovat suuret.
Menetelmät: Tämän ongelman ratkaisemiseksi ehdotamme 3D Vortex Particles in Cube -algoritmia (3D-VPICA). 3D-VPICA voi näyttää realistisesti savun visuaalisen vaikutuksen ja vähentää laskentakustannuksia. Lisäksi savun todellisuuden lisäämiseksi ehdotamme APA-menetelmää (Auxiliary Particles Algorithm) savun törmäysongelman ratkaisemiseksi.
Tulokset: 3D-VPICA voi laskea pyörrehiukkasten nopeuden nopeasti kuutioverkkojen avulla ja monimutkaisuuden laskiessa O(N2):sta O(N) + O(Mlog 2M):ään. APA voi varmistaa, että reunaehdot täyttyvät, kun savu törmää epäsäännöllisiin pintoihin. Kokeelliset tulokset osoittavat, että 3D-VPICA on nopeampi kuin perinteiset savusimulointimenetelmät ja että APA onnistuu simuloimaan savua, joka törmää liikkuviin kohteisiin, joilla on epäsäännölliset pinnat.
Johtopäätökset: Ehdotettua 3D-savun simulointimenetelmää sovellettiin virtuaaliseen leikkausjärjestelmään, jossa käytettiin suurtaajuista sähköveitseä. Leikkaus- ja hyytymisoperaatiot olivat sujuvia ja savu virtasi uskollisesti.