近年来虚拟现实技术不断革新并在医疗领域取得长足应用,其中虚拟手术训练最为典型有效。虚拟手术训练具有可重复性、训练效果好且成本低等优势,其突破了无法短时间内训练出合格外科医生的瓶颈,有效的解决了外科医生资源紧缺的问题,为人类医疗卫生事业的建设与发展做出了巨大贡献。在虚拟手术训练中软组织模型质量直接影响手术训练效果,建立真实有效的软组织模型至关重要,然而现有物理模型无法实现精度与计算效率并重,因此本文以如何提升软组织形变模拟的真实性并降低计算复杂度的问题为主线进行展开,深入研究虚拟手术中软组织的物理建模方法并进行相应改良,本论文主要工作如下:（1）针对无网格模型难以表示软组织生物力学特性的问题,提出了一种基于无单元伽辽金法的局部高分辨率软组织形变模型,该模型采用无单元伽辽金法模拟软组织形变,并在其中引入开尔文粘弹性模型和调整函数来模拟软组织非线性粘弹性,此外利用局部高分辨率算法进行优化以提供软组织形变细节的渲染反馈。（2）针对无网格模型精度与计算复杂度此消彼长的问题,提出了一种基于马夸特法和富集函数的软组织形变模型,该模型以上述非线性粘弹性无网格法为基础,利用马夸特法拟合软组织上力和表面形变位移之间的关系实现快速形变,并采用富集函数来处理软组织发生切割操作时切口出现的不连续性问题。（3）针对质点-弹簧模型参数难以选取及结构不稳定的问题,提出了一种参数优化的软组织局部压缩形变模型,该模型利用四面体质点-弹簧模型构建软组织,采用模拟退火算法优化弹簧刚度系数和阻尼系数,同时对软组织进行局部形变区和非形变区的划分实现局部形变计算,此外设定过度压缩补偿策略防止模型出现超弹性效应。通过搭建虚拟仿真平台,利用三种模型分别进行相应的软组织形变模拟,并设计实验验证模型性能。模拟及验证结果表明,本文所提三种软组织物理建模方法有效提升了软组织形变模拟的真实性和实时性,并能够很好的实现软组织拉伸、压缩和切割等手术操作,为虚拟手术训练提供了有力支持。