Bakgrund och syfte: En realistisk virtuell operationssimulering måste simulera rök eftersom elektrisk skärning orsakar termisk vävnadsskada. Vortexpartikelmetoden för simulering av rök kan realistiskt presentera rökens vortexdetaljer och rörelsebana, men det är en hög beräkningskostnad.
Metoder: För att lösa detta problem föreslår vi 3D Vortex Particles in Cube Algorithm (3D-VPICA). 3D-VPICA kan realistiskt visa rökens visuella effekt och minska beräkningskostnaden. För att göra röken mer verklighetstrogen föreslår vi dessutom metoden Auxiliary Particles Algorithm (APA) för att hantera rökens kollisionsproblem.
Resultat: 3D-VPICA kan beräkna hastigheten hos virvelpartiklarna snabbt med hjälp av kubiska rutnät och med en komplexitet som minskar från O(N2) till O(N) + O(Mlog 2M). APA kan se till att randvillkoren uppfylls när röken kolliderar med oregelbundna ytor. Experimentella resultat visar att 3D-VPICA är snabbare än traditionella metoder för röksimulering och att APA är framgångsrik när det gäller att simulera rök som kolliderar med rörliga objekt med oregelbundna ytor.
Slutsatser: Den föreslagna 3D-rök-simuleringsmetoden tillämpades på ett virtuellt kirurgisystem som använder en elektrisk högfrekvenskniv. Skärande och koagulerande operationer var flytande och röken flödade med trovärdighet.