仿生作为人类学习自然的手段,为工业技术的创新注入了新的活力。随着生物仿生原理的日益完善,高精度微尺度的仿生数字化几何建模成为一项具有挑战性的工作。本文在对仿生微结构理论分析的基础上,开展了仿生微结构几何建模的研究。论文主要研究工作如下:(1)针对微结构单元的几何建模问题,分别提出了内、外微结构单元的参数化设计方法。首先,表面微结构以三维重建的鲨鱼皮盾鳞模型为样本,提出了基于功能的参数定义,构建了形状变形编辑的表面单元结构参数化设计系统。其次,内部微结构以基于隐式曲面构造的多孔结构作为研究对象,提出了密度可控的多孔结构几何建模算法。(2)针对表面微结构单元的排布几何建模问题,提出了基于表面矢量场的排布优化算法。首先,研究了生物表面微结构单元的排布规律;然后,采用离散网格表面矢量场传播算法,并结合Centroidal Voronoi Tessellations算法实现表面微结构单元方向场控制与目标表面区域划分;最后,通过网格融合技术使得微结构单元与目标网格表面无缝融合,最终实现了微结构单元的排布几何建模。(3)针对基于物理属性的多孔微结构建模技术,提出了密度可控的内部多孔结构生成方法。首先,研究了基于应力分布的内部微结构优化算法,通过截面分析获得在给定载荷条件下的应力分布,以此估算模型的最小填充率,再采用密度可控的多孔结构建模方法,使多孔填充结构达到最优比强度。其次,研究了质心分布可控的内部微结构优化算法,通过构建“密度-质心”优化方程,以给定的质心、质量为约束条件进行密度优化求解,实现了模型的平衡性优化几何建模。