Baggrund og formål: En realistisk virtuel operationssimulering skal simulere røg, da elektrisk skæring forårsager termisk vævsskade. Vortexpartikelmetoden til simulering af røg kan realistisk præsentere røgens vortexdetaljer og bevægelsesbane, men der er høje beregningsomkostninger.
Metoder: For at løse dette problem foreslår vi 3D Vortex Particles in Cube Algorithm (3D-VPICA). 3D-VPICA kan realistisk vise den visuelle effekt af røg og reducere beregningsomkostningerne. For at gøre røgen mere realistisk foreslår vi desuden metoden Auxiliary Particles Algorithm (APA) til at løse røgens kollisionsproblem.
Resultater: 3D-VPICA kan beregne hvirvelpartiklernes hastighed hurtigt ved hjælp af kubusgitter og med en kompleksitet, der falder fra O(N2) til O(N) + O(Mlog 2M). APA kan sikre, at randbetingelserne er opfyldt, når røgen kolliderer med uregelmæssige overflader. Eksperimentelle resultater viser, at 3D-VPICA er hurtigere end traditionelle metoder til røgsimulering, og at APA er vellykket til simulering af røg, der kolliderer med bevægelige objekter med uregelmæssige overflader.
Konklusioner: Den foreslåede 3D-røgsimuleringsmetode blev anvendt på et virtuelt kirurgisystem med en højfrekvent elektrisk kniv. Skærings- og koaguleringsoperationerne var flydende, og røgen flød med troværdighed.