虚拟器官的建模与仿真是当前国际上研究的前沿课题。眼睛作为人体中一个极为精密且十分重要的器官,其建模与仿真的实现具有十分重要的意义。角膜是人眼的重要组成部分,角膜的特性对于眼疾病的诊断和治疗有着重要的意义,研究角膜的形态特征、物理特性,对其进行建模与仿真具有重要的学术意义和临床应用价值。首先,本文建立一种理论模型,对HO:YAG激光角膜热成形术进行了数值模拟,然后建立了正常成人眼角膜前表面基本数学模型,并在该模型基础上,实现了角膜前表面的可视化。之后,基于眼球组织切片数据,提出了虚拟手术仿真中建立眼角膜的几何模型的方法。最后,建立了人眼球弹簧—质点模型,为进一步进行人眼球的虚拟手术仿真研究打下了基础。本文的研究工作内容及创新主要包括以下几点:1.参考实际的激光角膜热成形手术参数,建立一种理论模型,模拟用高斯分布的激光作用于角膜表面的情况,对角膜的温度场分布进行数值模拟。2.根据前人测量的角膜前表面两条主子午线顶点曲率半径和形状系数,使用随机方法来建立正常成人角膜前表而的数学模型。之后利用该模型不同切面间采样点个数和采样顺序相同的特点,实现了角膜前表面的可视化。3.考虑生物膜组织的一些主要特征,建立了人眼球弹簧—质点模型。为加速计算,模型中使用了质点队列和半边数据结构及计算质点位移的Verlet积分法,实现了虚拟眼球的接触虚拟仿真。