CRESSim-MPM：用于手术软体模拟的切割与缝合材料点方法库
机器人学
2025-07-04 v3
摘要
近期多个研究聚焦于开发手术模拟平台，用于训练基于机器学习 (ML) 的智能体或模型以获取合成数据用于手术辅助。虽然现有平台在刚体操作和软体变形任务中表现出色，但在模拟更复杂的软体行为（如切割和缝合）时仍显不足。关键挑战在于使用有限元方法 (FEM) 对软体破裂和分割建模，而这也是当前平台的主流方法。此外，在使用 FEM 时，软体内部的双向缝线/针尖接触进一步复杂化。在本工作中，我们采用材料点方法 (MPM) 进行此类具有挑战性的模拟，并提出专为此类情形设计的刚体几何和软-刚体接触方法。我们引入 CRESSim-MPM，一个 GPU 加速的 MPM 库，集成了多个 MPM �解器，并包含专为切割和缝合设计的手术几何，作为面向手术应用的专业物理引擎。它进一步集成到 Unity 中，仅需对现有项目进行最小修改即可实现软体模拟。我们展示了模拟器在软组织上的切割和缝合实时仿真能力，并对不同 MPM �解器在模拟不同颗粒数时的初始性能进行评估。源代码地址为 https://github.com/yafei-ou/CRESSim-MPM。
引用
@article{arxiv.2502.18437,
title = {CRESSim-MPM: A Material Point Method Library for Surgical Soft Body Simulation with Cutting and Suturing},
author = {Yafei Ou and Mahdi Tavakoli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.18437},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 13 figures, accepted for IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) 2025