Background e obiettivo: Una simulazione realistica di chirurgia virtuale ha bisogno di simulare il fumo poiché il taglio elettrico causa danni termici ai tessuti. Il metodo delle particelle di vortice di simulazione del fumo può presentare realisticamente i dettagli del vortice e la traiettoria di movimento del fumo, ma c’è un alto costo computazionale.
Metodi: Per affrontare questo problema, proponiamo il 3D Vortex Particles in Cube Algorithm (3D-VPICA). 3D-VPICA può mostrare realisticamente l’effetto visivo del fumo e ridurre il costo di calcolo. Inoltre, per migliorare la realtà del fumo, proponiamo il metodo Auxiliary Particles Algorithm (APA) per affrontare il problema della collisione del fumo.
Risultati: Il 3D-VPICA può calcolare la velocità delle particelle del vortice rapidamente con l’aiuto di griglie cubiche e con la complessità che diminuisce da O(N2) a O(N) + O(Mlog 2M). L’APA può garantire che le condizioni al contorno siano soddisfatte quando il fumo si scontra con superfici irregolari. I risultati sperimentali mostrano che 3D-VPICA è più veloce dei metodi tradizionali di simulazione del fumo e che APA ha successo nel simulare il fumo che collide con oggetti in movimento con superfici irregolari.
Conclusioni: Il metodo di simulazione del fumo 3D proposto è stato applicato a un sistema di chirurgia virtuale utilizzando un coltello elettrico ad alta frequenza. Le operazioni di taglio e coagulazione erano fluenti e il fumo scorreva con fedeltà.