随着计算机图形学、计算机辅助几何设计和高性能计算等相关技术的发展，三维CAD技术已在制造业中被广泛使用，产品的三维CAD模型已成为现代产品开发、制造、改型和使用维护的基础和平台。因此，获取产品的三维CAD模型有着非常重要的意义。在没有产品CAD模型和没有设计图纸或者设计图纸不完整的情况下，按照现有产品样件，利用各种数字化技术及CAD技术重构其CAD模型的过程，被称为实物反求工程。本文围绕实物反求工程，研究和讨论基于光学测量的CAD建模理论和方法。介绍了反求工程主要应用领域和国内外发展现状，分析和比较了反求工程中常见的几种数据获取方法。介绍和研究了基于光学测量的COMET系统数据获取方法。光学测量获取的点云属于高密度散乱点云，具有大量的冗余点和噪音点，因此，在拟合曲面前必须对点云进行预处理，去除掉点云中的冗余点和噪音点。本文研究和讨论了点云预处理的基本流程和主要步骤，研究多视点云对齐的方法、点云光顺的高斯滤波，中值滤波和平均滤波方法、点云精简的网格法。本文对曲线、曲面重构的基本理论进行了论述。介绍了曲线、曲面的数学模型，以及插入和逼近两种数据重构方法，并研究了曲面重构的具体方法过程。提出了由点云直接够建曲面和由特征曲线构建曲面的方法。研究和讨论了曲面光顺准则以及分析方法，如等曲率线法、反射线法、高亮度线法和等照度线法。最后，将上述理论和方法成功的应用于“汽车覆盖件中的变速杆罩盖的CAD模型重构”的实践，成功的重构出变速杆罩盖三维CAD模型。