Háttér és cél: Egy valósághű virtuális műtéti szimulációnak füstöt kell szimulálnia, mivel az elektromos vágás termikus szövetkárosodást okoz. A füst szimulációjának örvényrészecske-módszere reálisan képes bemutatni a füst örvényes részleteit és mozgáspályáját, de magas számítási költséggel jár.
Módszerek: E probléma megoldására javasoljuk a 3D Vortex Particles in Cube algoritmust (3D-VPICA). A 3D-VPICA képes reálisan megjeleníteni a füst vizuális hatását és csökkenteni a számítási költségeket. Ezenkívül a füst valósághűségének fokozása érdekében javasoljuk az Auxiliary Particles Algorithm (APA) módszert a füst ütközési problémájának kezelésére.
Eredmények: A 3D-VPICA képes az örvényrészecskék sebességének gyors kiszámítására kockaháló segítségével és a bonyolultság O(N2)-ről O(N) + O(Mlog 2M)-re csökkenő bonyolultsággal. Az APA képes biztosítani a peremfeltételek teljesülését, amikor a füst szabálytalan felületekkel ütközik. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a 3D-VPICA gyorsabb, mint a hagyományos füstszimulációs módszerek, és hogy az APA sikeresen szimulálja a szabálytalan felületű mozgó objektumokkal ütköző füstöt.
Következtetések: A javasolt 3D füstszimulációs módszert egy nagyfrekvenciás elektromos kést használó virtuális sebészeti rendszerben alkalmazták. A vágási és koagulációs műveletek gördülékenyek voltak, és a füst hűségesen áramlott.