Μοντέλο Παραμόρφωσης Δέρματος Με Μέθοδο Πεπερασμένων Στοιχείων - Εφαρμογή Σε Σύστημα Διαδραστικής Απεικόνισης

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η συμπεριφορά της επιφάνειας τουανθρώπινου δέρματος κατά την εφαρμογή κατακόρυφης σημειακής δύναμης σε αυτό.Για τη μελέτη κατασκευάζεται μοντέλο τμήματος του δέρματος με χρήσηπεπερασμένων στοιχείων. Στόχος είναι η μελέτη τεχνικών δυνάμενων να εφαρμο-σθούν σε συστήματα διαδραστικής προσομοίωσης της παρακέντησης εν τω βάθειαγγείων του ανθρωπίνου σώματος. Στο προσεχές μέλλον σχεδιάζεται η ενσωμάτωσητων συστημάτων αυτών σε μια πλατφόρμα ιατρικής εκπαίδευσης μέσω υπολογιστή,για την άσκηση σχετικών με την παρακέντηση κλινικών δεξιοτήτων σε περιβάλλονεικονικής πραγματικότητας με απτική ανάδραση.Αρχικά, αναλύεται η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων ώστε να επιλεγεί τοκατάλληλο μοντέλο για το πρόβλημά μας. Με την παραδοχή ότι υπάρχει αξονικήσυμμετρία επιλέγεται να χρησιμοποιηθεί μια δομή δύο διαστάσεων αποτελούμενηαπό δύο στρώματα διαφορετικής ελαστικότητας (υποθετικά, δέρμα και υποδόριοςιστός). Για τη μοντελοποίηση αυτή αναλύονται οι διαδικασίες που πρέπει ναακολουθηθούν και οι παραδοχές που πρέπει να ληφθούν υπ' όψιν. Επίσης αναλύεταιμε μαθηματικό τρόπο η προσέγγιση του προβλήματος παραμόρφωσης σε δύοδιαστάσεις. Στη φάση αυτή, κατασκευής και επιλογής του βέλτιστου μοντέλου, ηπροσομοίωση γίνεται εξ' ολοκλήρου σε matlab.Στη συνέχεια, αφού κατασκευαστεί το μοντέλο σε δύο διαστάσεις πρέπει ναπροσδιοριστούν οι παράμετροι για το σχετικό πάχος των δύο στρωμάτων και τησχετική τους ελαστικότητα ώστε το μοντέλο να ανταποκρίνεται στην πραγμα-τικότητα. Για να επιτευχθεί η συγκριτική αυτή αξιολόγηση, χρησιμοποιούνται δύοομάδες πραγματικών πειραματικών τιμών που περιγράφονται σε σχετικές μελέτεςδιαθέσιμες στη διεθνή βιβλιογραφία. Δοκιμάζονται συγκριτικά διάφορα ζεύγηπαραμέτρων με στόχο να γίνει μια ανάλυση ευαισθησίας του μοντέλου, και ναεντοπιστεί αυτός ο συνδυασμός τιμών για τον οποίο υπάρχει η ελάχιστη απόκλισηαπό τα πειραματικά δεδομένα.Τέλος, αφού έχει ολοκληρωθεί η μοντελοποίηση σε δύο διαστάσεις ακολουθεί ητρισδιάστατη απεικόνιση με χρήση της αξονικής συμμετρίας. Το τρισδιάστατομοντέλο υλοποιείται εκ νέου με χρήση γλώσσας C/C++ σε γραφικό περιβάλλονOpenGL, και λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο. Ο χρήστης μπορεί να αλλάξει τη θέσητου βάθους διείσδυσης και να δει το αποτέλεσμα σε γραφικό περιβάλλον.