تحلیل و مدل سازی تغییر شکل یک بافت نرم در اثر برخورد با ابزار خارجی، برای کاربرد در سیستم های هپتیکی.

برخی از انواع توسعه یافته سیستم های واقعیت مجازی معروف به دستگاه های هپتیکی هستند که علاوه بر حس سمعی و بصری، حس لمسی و فیزیکی نیز به کاربر منتقل می کنند. محققان زیادی برای شبیه سازی تغییر شکل و برش بافت نرم در فضای مجازی از سیستم های هپتیکی استفاده نموده اند. در این پایان نامه هدف مدلسازی و شبیه سازی بافت نرم برای استفاده در شبیه سازهای هپتیکی می باشد. ابتدا مدل های مختلف موجود برای تغییر شکل بافت نرم بررسی شده است. سپس با توجه به نیازهای سیستم های هپتیکی به لحاظ دقت، واقعیت و همچنین زمان محاسباتی(زمان واقعی بودن محاسبات) مدل های موجود، روش اجزاء محدود صریح برای این شبیه سازی انتخاب شده است. ابتدا با بررسی کلی بافت نرم به استخراج معادلات حرکت برای تغییر شکل بافت نرم در حالات استاتیکی و دینامیکی پرداخته شده است، در مرحله بعدی با منطق روش اجزاء محدود، معادلات بدست آمده به روابط المانی ریز شده اند و در نهایت با بکار گیری روش انتگرالی صریح اختلاف محدود مرکزی روابط حاصله در حوزه زمان بصورت دینامیکی حل شده اند. در این شبیه سازی ها خواص خطی و غیر خطی (فرمول بندی لاگرانژ کلی و مدل هایپر الاستیک و تابع انرژی کرنشی اگدن) برای جنس بافت در نظر گرفته شده است، همچنین رابطه کرنش- جابجایی نیز بصورت خطی (تانسور کرنش بسیار کوچک) و غیر خطی (تانسور کرنش لاگرانژی) در نظر گرفته شده اند. در ادامه تمامی حالات فوق کد نویسی شده و برای بافت نرم مغز شبیه سازی شده اند و از نظر زمانی با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفته اند. برای اطمینان از صحت نتایج بدست آمده، شبیه سازی های مشابهی در نرم افزار تجاری اجزاء محدود صورت گرفته است و نتایج مشابهی میان دو شبیه سازی بدست آمده است. در مرحله بعدی به منظور قابلیت پیاده سازی مدل در واسط هپتیکی، کدهای نوشته شده به زبان های برنامه نویسی پایه و منطبق بر دستگاه بازنویسی شده اند. همچنین با در نظر گرفتن مکانیزم برخورد مناسب ابزار با بافت نرم نتایج نیرویی مناسبی در اثر برخورد ابزار با بافت نرم حاصل شده است.