近年来,医疗机器人和医学虚拟现实等新型医疗手术系统逐渐成为人们研究的热点.该文的研究工作正是围绕这一热点展开的,主要研究并设计开发了适用于远程脑外科手术的机器人立体定向手术仿真系统.基于模块化的编程思想,研究实现了仿真系统的四大功能模块:虚拟仿真模块、视觉标定模块、远程通讯模块和交互控制模块,为医生实施远程手术提供手术结果的预测和手术过程的模拟.其中虚拟仿真模块采用OpenGL图形技术,实现了虚拟手术室与手术机器人的三维模型仿真;交互控制模块是医生与仿真系统交互的接口,实现了三维操纵杆对机器人关节运动和位置姿态的灵活控制;远程通讯模块则是远程手术的数据通讯基础,采用客户/服务器的通讯模式,设计了适当的通讯协议保证通讯的稳定可靠;在视觉标定模块的设计中,提出了一种新的标定方法,并通过大量实验和数据验证了该方法的可行性,该方法的标定误差小于1mm,完全满足设计和临床使用要求.针对手术仿真系统要求具有一定的真实感这一问题,论文中还研究探讨了虚拟仿真的两项关键技术:碰撞检测和虚拟变形技术的相关天空工作和发展现状,并根据该文研究的仿真系统的具体要求,选择了合适于该系统的算法,即轴向包围盒(AABB)的碰撞检测算法与三维Chainmail虚拟变形算法,研究并实现这两个算法,来增强手术仿真的模拟效果.实验结果表明了上述算法的处理速度满足仿真系统对于实时性的要求.该文参与研究的远程脑外科手术系统已经成功完成全国首例远程临床手术,提出的方法和研究的算法在虚拟手术系统也得到成功的验证.