数字化时代的到来引领了三维模型的发展,人们对三维模型的研究不断深入,三维模型的应用也越发广泛。其中,以线形方式表示的三维模型抽象地描述了物体的形状或结构特征,在计算机中不仅存储方便,而且易于交互。在此背景下,本文围绕三维模型的线形表达方式,以原子模型和线框模型为研究对象,调研分析了原子模型在建模和渲染、线框模型提取方面的相关工作,对于原子模型的建模和渲染、线框模型的提取过程中存在的问题进行了研究,并提出相应的解决方法。具体而言,本文的主要研究工作如下:（1）含异质材料界面的原子模型生成方法:基于原子模型的可重复性特征生成初始的原子模型。然后针对初始原子模型的不完整区域,提出基于子结构的填充方法。最后对原子表面不饱和的原子进行钝化处理,从而得到结构完整、势能较低的原子模型。实验结果表明该方法得到的原子模型可以更好的应用于模拟实验中。（2）基于参考图像的原子模型渲染方法:针对原子模型在渲染过程中存在交互调参困难的问题,提出利用参考图像渲染原子模型的方法。设计卷积神经网络学习渲染图像中的光照特征,从而预测参考图像的光源参数。然后将该参数作为渲染原子模型系统的输入,快速渲染与参考图像效果一致的原子模型。实验结果也说明了我们方法的适用性。（3）三维模型的线框提取算法:采用变分形状近似的分割方法将模型划分为若干块,其边界作为初始的线框。对于划分后的每一个区域,进一步提取其内部特征曲线,并采用长度过滤的方法丢弃不明显特征。然后通过平滑、曲线延伸、合并等操作获得干净简洁的线框。最后通过实验证明,该方法提取到的线框性能更好。