虚拟现实技术作为一种交叉型技术,它融合了计算机图形学、多媒体、人机交互以及网络等多种技术,广泛应用于多种领域。近年来虚拟现实技术发展迅速,同时也为医疗行业开辟了新的发展方向,由该技术开发的虚拟手术系统能够很好的实现对各种微创手术以及复杂的外科手术的重复训练,对一些操作难度较高的手术也能实现术前导航。本文的主要研究内容如下:(1)依据胸腔镜肺叶切除术(VASTL)的手术流程,对本套交互仿真系统的功能需求进行分析,明确了对肺部可视化、肺部软体变形、肺部切割及缝合等进行仿真研究的主要内容,进行了系统的整体设计和系统平台、软硬件功能组件的选型与构建。(2)对目前常用的几种三维重建算法进行了分析,深入研究了本套交互仿真系统使用的MC(Marching Cube)三维重建算法,并使用该算法对肺部进行了三维重建。针对MC算法在重建肺部过程中存在大量空检测循环、重建的模型表面粗糙等缺陷进行优化,并使用GPU的并行加速技术来提升算法执行的效率。(3)对目前常用的几种软体变形算法进行分析,并从算法的稳定性、运行效率以及应用范围等几个方面进行比较,选定综合优势较高的PBD(Position Based Dynamics)算法作为本文的软体形变算法,并对该算法的原理进行研究。使用PBD算法来实现肺部组织软体变形和切割缝合的仿真。实现了PBD算法的GPU并行加速,显著提高了该算法的运行效率。(4)结合现有的软硬件条件,构建了胸腔镜肺叶切除术交互仿真系统,对系统各个模块进行联调优化。采用该系统进行胸腔镜肺叶切除术模拟训练,得到了系统各模块的实验结果,并对该结果进行了统计分析。通过最终的系统交互仿真验证,表明该系统具有保真度高、稳定性好、运行流畅、力反馈及时准确等特点,为胸腔镜手术的培训提供了一种低风险、高效、可反复操作的手段。