Background and objective.A vortex method of 3D smoke simulation for virtual surgery: リアルな仮想手術シミュレーションでは、電気切断が熱による組織損傷を引き起こすため、煙のシミュレーションを行う必要がある。 渦粒子法による煙のシミュレーションは、煙の渦の詳細や運動軌跡をリアルに表現することができるが、計算コストが高くなる。
Methods: この問題を解決するために、我々は3D Vortex Particles in Cube Algorithm (3D-VPICA)を提案する。 3D-VPICAは煙の視覚効果をリアルに表現することができ、計算コストを削減することができる。 また、煙のリアリティを高めるために、煙の衝突問題に対処する補助粒子アルゴリズム(APA)法を提案する。
結果 3D-VPICAは立方体格子を用いて渦状粒子の速度を高速に計算することができ、複雑さもO(N2)からO(N)+O(Mlog 2M)に減少することが分かった。 APAは、煙が不規則な表面に衝突したときに境界条件を満たすことを保証することができます。 実験の結果、3D-VPICAは従来の煙シミュレーションの手法よりも高速であり、APAは不規則な表面を持つ移動物体に衝突する煙のシミュレーションに成功することが示された。
結論 提案した3次元煙シミュレーション手法を高周波電動ナイフを用いた仮想手術システムに適用した。 切断と凝固の操作は流暢に行われ、煙は忠実に流された。