Antecedentes y objetivo: Una simulación de cirugía virtual realista necesita simular el humo, ya que el corte eléctrico provoca daños térmicos en los tejidos. El método de partículas de vórtice de simulación de humo puede presentar de forma realista los detalles del vórtice y la trayectoria de movimiento del humo, pero hay un alto coste computacional.
Métodos: Para abordar este problema, proponemos el Algoritmo de Partículas de Vórtice 3D en Cubo (3D-VPICA). 3D-VPICA puede mostrar de forma realista el efecto visual del humo y reducir el coste computacional. Además, para mejorar la realidad del humo, proponemos el método del Algoritmo de Partículas Auxiliares (APA) para tratar el problema de colisión del humo.
Resultados: El 3D-VPICA puede calcular la velocidad de las partículas del vórtice rápidamente con la ayuda de mallas cúbicas y con la complejidad disminuyendo de O(N2) a O(N) + O(Mlog 2M). El APA puede garantizar el cumplimiento de las condiciones de contorno cuando el humo colisiona con superficies irregulares. Los resultados experimentales muestran que 3D-VPICA es más rápido que los métodos tradicionales de simulación de humo y que el APA tiene éxito en la simulación de humo que colisiona con objetos en movimiento con superficies irregulares.
Conclusiones: El método de simulación de humo 3D propuesto se aplicó a un sistema de cirugía virtual que utiliza un cuchillo eléctrico de alta frecuencia. Las operaciones de corte y coagulación fueron fluidas y el humo fluyó con fidelidad.