Context și obiectiv: O simulare realistă a chirurgiei virtuale trebuie să simuleze fumul, deoarece tăierea electrică provoacă leziuni termice ale țesuturilor. Metoda particulelor vortex de simulare a fumului poate prezenta în mod realist detaliile vortexului și traiectoria de mișcare a fumului, dar există un cost de calcul ridicat.
Metode: Pentru a aborda această problemă, propunem algoritmul 3D Vortex Particles in Cube Algorithm (3D-VPICA). 3D-VPICA poate arăta în mod realist efectul vizual al fumului și poate reduce costul de calcul. În plus, pentru a spori realitatea fumului, propunem metoda Algoritmului particulelor auxiliare (APA) pentru a rezolva problema coliziunii fumului.
Rezultate: 3D-VPICA poate calcula rapid viteza particulelor de vortex cu ajutorul grilelor cubice și cu o complexitate care scade de la O(N2) la O(N) + O(Mlog 2M). APA poate asigura respectarea condițiilor la limită atunci când fumul se ciocnește cu suprafețe neregulate. Rezultatele experimentale arată că 3D-VPICA este mai rapidă decât metodele tradiționale de simulare a fumului și că APA reușește să simuleze fumul care intră în coliziune cu obiecte în mișcare cu suprafețe neregulate.
Concluzii: Metoda de simulare a fumului 3D propusă a fost aplicată unui sistem de chirurgie virtuală care utilizează un cuțit electric de înaltă frecvență. Operațiile de tăiere și coagulare au fost fluente, iar fumul a curs cu fidelitate.