随着现代工业的迅速发展,现代化工业产品的模型设计日益复杂、多样化,如3D打印模型、游戏动漫模型、计算机辅助几何设计模型等,单纯依靠传统规则的模型特征进行生产加工,已经不能满足现代化工业发展的需求。利用自由形状特征,通过复制、粘贴、组合拼凑、阵列式设计等方式,实现更复杂模型产品的快速设计,这对目前工业设计的需求具有重大意义。因自由形状特征具有较复杂的网格结构及丰富的特征细节,如何在复杂网格曲面上对自由形状特征进行带约束阵列式设计重用是目前三维网格建模时面临的主要难题之一。本文以复杂网格曲面上特征的带约束设计重用为主要目标,以提高网格模型建模效率为目的,对其存在的若干问题展开研究,主要内容与成果如下:(1)研究自由形状特征的快速识别、分割及对所提取特征进行光顺优化。对自由形状特征的提取方法进行了改进,提出一种最小凸包控制方法对特征边界进行优化处理,使特征适应性更强。(2)研究特征重用在网格融合时的布尔操作机制,对特征重用中产生的狭长三角形进行优化处理,提高特征重用稳定性。(3)提出一种保特征的带约束阵列式设计重用方法。针对复杂网格曲面上特征阵列设计困难问题提出的自由特征阵列式重用设计框架,可以实现复杂特征的环形阵列、矩形阵列、路径阵列和镜像等操作,大幅度提高建模效率。(4)提出一种特征网格变形前后形状保持性的定量评价方法。为评判重用特征变形前后变形质量的高低,提出的网格形状相似性评价方法不受重用特征的平移、旋转、缩放以及非刚性变换的影响。(5)结合本文算法,开发了自由形状特征的带约束交互设计软件模块,可以实现复杂网格特征的快速提取、重用特征在复杂网格曲面上的环形阵列、矩形阵列、路径阵列和镜像等实时设计编辑功能、特征网格相似度评价功能模块。