空间杆系由若干连杆组成,在机械、土木、建筑、航空、医疗等领域应用广泛。随着快速成型、逆向技术的飞速发展,通过杆系建模实现模型镂空、模型填充已经成为CAD领域的研究热点。杆系建模可获取微孔结构,能够仿真自然界中的珊瑚结构、海绵结构、岩石孔隙、骨小梁组织等。论文以空间杆系为研究对象,以网格模型为基础,针对线段杆系提出了优化及加厚算法,针对TPMS隐式杆系,提出了单元融合算法。本文的主要工作如下:(1)杆系的数据准备。以线段杆系和TPMS隐式杆系为研究对象。线段杆系可源自CAD软件、晶格结构、网格模型等,针对网格模型,基于MATLAB平台提出快速构建点、边、面、体拓扑数据的方法,并测试算法效率。根据TPMS的空间形态和周期规律,定义其实体单元,并分析其杆系连通性。(2)研究杆系优化算法。在网格优化算法基础上,提出基于“中心值”的杆系优化算法,算法适用于包括网格模型在内的所有线段杆系,可修复原始网格数据中的自相交,并根据网格质量指标评估优化结果。(3)研究杆系加厚算法。针对线段杆系,通过空间采点、Delaunay三角剖分、网格数据处理等关键步骤,获取线段杆系的加厚模型,并测试算法效率。加厚模型为三角网格模型,可存储为STL等格式。(4)研究TPMS融合算法。针对TPMS单元,提出基于影响球分区的局部融合方法,通过控制影响球数目、影响球位置、TPMS单元类别、空间旋转角度等参数,以晶格结构、环状结构、随机结构为载体,获取千变万化的融合模型。将孔洞数目、比表面积作为融合模型的评估指标,分析其空间延伸形态。