虚拟手术是虚拟现实技术在医学领域的典型应用,它通过计算机生成虚拟环境来模拟手术过程中可能出现的各种现象。在虚拟手术中,软组织模型是人体器官与手术器械交互的基础,其优劣性直接影响着虚拟手术的成功率。然而,软组织是一种具有复杂性质的特殊弹性材料,这导致了软组织模型的精度和实时性难以协调。为了解决上述问题,本文主要完成的研究工作如下:（1）为了真实再现软组织受力变形,提高虚拟手术的精度和实时性,有必要对软组织进行碰撞检测。本文从五个指标评价了三种常用的层次包围盒算法,并对比分析了包围盒树的构建方法,最终采用AABB自顶向下包围盒树构建算法实现了肝脏器官和手术器械之间的碰撞检测。针对软组织的复杂特性,本文采用代理渲染的方式对力反馈算法进行了研究,利用弹簧-阻尼力反馈模型计算反馈力,增强了人机交互感。（2）提出一种基于Verlet算法的非线性质点弹簧软组织变形模型。针对质点弹簧模型中弹簧刚度系数难以确定的问题,本文提出一种将软组织材料参数映射到弹簧刚度系数的方法,有效提高了仿真精度。在求解动力学方程时,根据质点受力变化的情况,分别采用Velocity Verlet算法和Beeman算法确定质点位置信息,缩短了计算时间,提高了求解精度。最后,搭建虚拟手术仿真实验平台,利用基于四面体拓扑结构的质点弹簧模型构建了肝脏器官,并邀请医务人员进行训练测评。实验结果表明:该模型仿真精度高,实时性也能满足虚拟手术的要求,与传统质点弹簧模型相比,整体性能得到了提升,实际训练效果突出,可用于高精度要求的虚拟手术。（3）提出一种基于欧拉算法的非固定质点弹簧软组织变形模型。针对弹簧布局存在的问题,本文对四边形拓扑结构进行了优化,提高了稳定性。为了弥补传统受力作用点确定方法的不足,提出一种局部比较算法,降低了比较迭代的次数,有效提高了处理效率。在求解动力学方程时,采用一种结合显示和隐式的欧拉算法确定质点位置信息,减少了计算时间,保证了仿真精度。最后,搭建虚拟手术仿真实验平台,利用基于四边形拓扑结构的质点弹簧模型构建了小肠器官,并邀请医师对模型进行打分。实验结果表明:该模型实时性好,仿真精度也能满足虚拟手术的要求,整体性能优于质点弹簧模型,实际训练效果好,适用于高实时性要求的手术场景。