Deformação de biomembranas com retorno de força para treinamento médico em realidade virtual

Abstract

Este trabalho trata da obtenção de solução analítica para a deformação de membranas com emprego da realidade virtual em tempo real. A simulação de membranas em ambientes virtuais fornece sensações visuais e táteis. Neste estudo, a plataforma CHAI 3D é responsável pelas sensações visuais que são transmitidas por meio do monitor de um computador e a interface de retorno de força, PHANTOM Omni®, aliada a essa plataforma, fornece aos usuários as sensações táteis. O método de deformação criado e implementado leva em consideração a Equação de Poisson e impõe a Condição de Contorno de Dirichlet que, por sua vez, possui solução analítica quando utilizamos a abordagem das Funções de Green. Duas situações são levadas em consideração nos cálculos, a primeira considera uma membrana homogênea no espaço livre e a segunda, considera uma membrana também homogênea, agora com borda fixa. A implementação das duas situações foi realizada utilizando-se o compilador e editor Microsoft® Visual Studio® 2008 em linguagem de programação C++. A segunda situação foi submetida a uma validação, a partir da comparação com o experimento de deformação de uma membrana de borracha homogênea real, a qual obteve-se êxito, uma vez que os gráficos comparativos entre o experimento real e a simulação possuem perfeita simetria e sobreposição. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This paper deals with obtaining the analytical solution for the deformation of membranes with use of virtual reality in real time. The simulation of membranes in virtual environments provides visual and tactile sensations. In this study, the platform CHAI 3D is responsible for visual sensations that are transmitted through a computer monitor and interface force feedback, PHANTOM Omni®, combined with that platform, provides users with tactile sensations. The method of deformation created and implemented taking into account the Poisson Equation and imposes the Dirichlet Boundary Condition which, in turn, has an analytical solution when we use the approach of Green's Functions. Two situations are taken into account in the calculations, the first considering a homogeneous membrane in free space and the second considers a membrane also homogeneous, now with fixed border. The implementation of the two conditions was performed using the compiler and publisher Microsoft® Visual Studio® 2008 programming language C++. The second case was submitted to a validation from the comparison with the experiment of deformation of a homogeneous real rubber membrane, which was obtained successfully, since the comparison charts between the actual experiment and simulation have perfect symmetry and overlap. _______________________________________________________________________________________ RESUMEN

En este trabajo se ocupa de la obtención de la solución analítica para la deformación de las membranas con el uso de la realidad virtual en tiempo real. La simulación de membranas en entornos virtuales proporciona sensaciones visuales y táctiles. En este estudio, la plataforma CHAI 3D es responsable de sensaciones visuales que se transmiten a través de un monitor de ordenador y regeneración de la fuerza de la interfaz, PHANTOM Omni®, combinada con la plataforma, proporciona a los usuarios con sensaciones táctiles. El método de la deformación creada y aplicarse teniendo en cuenta la Ecuación de Poisson y impone la Condición de Contorno de Dirichlet que, a su vez, tiene una solución analítica cuando usamos el enfoque de las Funciones de Green. Dos situaciones se tienen en cuenta en los cálculos, teniendo en cuenta el primero de una membrana homogénea en el espacio libre y el segundo considera también una membrana homogénea, ahora con borde fijo. La aplicación de las dos condiciones se ha realizado mediante el compilador y editor de Microsoft® Visual Studio® 2008 lenguaje de programación C++. El segundo caso fue sometido a la validación de la comparación con el experimento de la deformación de una membrana de goma verdadera homogénea, que se obtuvo con éxito, ya que los gráficos de comparación entre la experiencia real y la simulación tienen una simetría perfecta y se solapan.