Východiska a cíl: Realistická simulace virtuální chirurgie musí simulovat kouř, protože elektrické řezání způsobuje tepelné poškození tkáně. Vírová částicová metoda simulace kouře může realisticky zobrazit detaily vírů a trajektorii pohybu kouře, ale jsou s ní spojeny vysoké výpočetní náklady.
Metody: K řešení tohoto problému navrhujeme algoritmus 3D vírových částic v krychli (3D-VPICA). 3D-VPICA dokáže realisticky zobrazit vizuální efekt kouře a snížit výpočetní náklady. Kromě toho, abychom zvýšili realističnost kouře, navrhujeme metodu pomocných částic (Auxiliary Particles Algorithm, APA), která řeší problém kolize kouře.
Výsledky: 3D-VPICA dokáže vypočítat rychlost vírových částic rychle pomocí krychlových mřížek a se složitostí klesající z O(N2) na O(N) + O(Mlog 2M). APA může zajistit splnění okrajových podmínek při srážkách kouře s nepravidelnými povrchy. Experimentální výsledky ukazují, že 3D-VPICA je rychlejší než tradiční metody simulace kouře a že APA je úspěšná při simulaci srážky kouře s pohybujícími se objekty s nepravidelnými povrchy.
Závěry: Navrhovaná metoda 3D simulace kouře byla aplikována na systém virtuální chirurgie pomocí vysokofrekvenčního elektrického nože. Operace řezání a koagulace byly plynulé a kouř proudil věrně.