三维网格模型是计算机图形学中一种普遍使用的三维物体的表现形式,它可以通过三维扫描仪扫描或者通过一些三维建模软件得到。现今,三维模型的获取技术已经得到飞速的发展,为了让计算机中离散的点表现出自然界中连续的实体,显示出更加真实的效果,就需要对初步得到的三维数字模型进行形状分析和几何处理,其中三维网格模型的形状局部自相似性度量是其中一个热门领域,在计算机图形学和计算机视觉领域中有广泛的应用。本文工作和取得的研究成果如下：1)提出了一种新的基于Spin图方法的三维模型局部形状相似性分析,为了能够有效地比较三维网格模型表面两个局部区域之间的相似程度,就需要对模型上每个采样顶点邻域沿测地线进行均匀加密采样,然后根据采样点建立Spin图作为其局部形状的描述,最后通过比较Spin图来得到两个局部区域形状的相似性度量。2)探索三维模型局部形状相似性分析的应用过程中,我们将局部相似性度量应用到三维网格模型的基于相似性着色和模型表面视觉增强操作中,以及将局部相似性度量应用到三维数字模型的非局部光顺去噪应用中。实验结果表明,基于Spin图的相似性分析方法能够较好的刻画三维数字模型表面相似性程度,能方便地实现模型表面的视觉增强效果；此外,在结合非局部均值方法的模型光顺去噪中,基于相似性度量的方法在实现三维模型去噪的同时较好地保持了模型的固有特征。