虚拟手术仿真系统在计算机上建立手术器械与组织模型，模拟出手术器械与组织的交互场景，可以用于手术培训和指导、手术方案制定和优化、手术导航等。在虚拟手术仿真系统中，手术器械与软组织交互是难点。首先需要建立组织器官准确的几何模型。其次对软组织的触压、提拉、切割、缝合、抽吸等各种类型的手术操作都是以软组织形变作为基础。软组织的虚拟手术仿真系统的核心是形变模型，构建一个准确且能实时处理的软组织形变模型一直是虚拟手术仿真系统研究的重点和难点。因此本文从提高系统视觉反馈与触觉反馈的逼真度和实时性出发，以用户体验到如同真实手术般逼真的形变过程为目标，研发出一套肾脏的虚拟手术仿真系统。
　　首先，基于医学图像的改进移动立方体算法构建了肾脏的几何模型。针对经典移动立方体算法面片运算量过大，拓扑结构复杂，渲染时间较长，生成的组织三维模型的精确性相对不高的问题。本文提出了一种基于区域增长法的通用树结构和移动等值点法的自适应改进移动立方体算法。该算法先进行医学图像分割，选取种子点后标记出与阈值相交的所有体元；创建通用树结构，将相交体元插入子节点中，确定了基于通用树的顶点索引方式；通过移动等值点来合并共面三角形面片，简化等值点的信息获取，减少了代数运算。手术器械建模采用代理点方式建模。实验结果表明相比较传统移动立方体算法，改进算法生成的渲染模型精确性更好，算法执行效率大幅度提高。
　　其次，基于改进弹簧质点模型建立了肾脏的物理形变模型。针对经典弹簧质点模型参数固定，形变过程相对不够真实准确的问题，提出的改进的弹簧质点模型能够更加逼真的呈现出肾脏的形变过程。通过对动物的肾脏进行手术穿刺实验，分析了软组织形变动态变化规律。根据采样拟合实验数据，确定改进弹簧质点模型中的各个参数，改进弹簧质点模型获取了更加真实的弹簧动态变化规律。通过肾脏虚拟模型的形变效果和系统的计算效率可知，改进弹簧质点模型可实现真实和精确的形变，满足系统的真实性和实时性需求。
　　最后，本文完成了肾脏的虚拟手术仿真系统，能够实现肾脏的触压手术操作。本文开发的肾脏虚拟手术仿真系统分为初始化、视觉线程和触觉线程。系统先进行一次环境初始化，再循环执行视觉线程和触觉线程。通过展示虚拟手术系统平台和实验结果，表明该系统可真实再现肾脏的手术过程，具有较高的流畅性和操作精确性。本文开发的肾脏虚拟手术系统的真实性和实时性较好。