多孔模型在自然界广泛存在,如骨头、植物根茎等。这些模型经过亿万年自然选择形成,具有质量轻、性能卓越等优良特性,有广泛的产业应用前景。增材制造技术(或三维打印)的快速发展,也使得精确加工此类复杂模型成为可能。本研究提出了一种新型的半序多孔模型,该类多孔模型结构单元相似,且宏观上具有一定规律分布,为高效多孔模型建模和仿真提供了可能。我们研究了半序多孔模型的几何建模及控制方法、快速仿真方法,并开发相关原型系统,使设计者能够创建出复杂多样的半序多孔模型,弥补了通用CAD软件系统对此复杂模型建模能力不足的缺陷,可促进相关领域的研究和应用。具体来说,本文的主要研究工作包括：1、首次提出了半序模型概念,实现了宏观结构与微观单元结构的耦合建模。通过模型六面体网格实现单元宏观控制,通过标准微观单元与一般单元映射实现微观结构统一建模,系首次此类系统研究。2、提出三种微观结构建模方法：基于多边形面网格、基于三向周期性极小曲面(隐式曲面)、以及基于超公式的参数曲面建模方法,可满足不同设计需求。进一步,通过三线性插值方法,建立了标准六面体微观单元到一般六面体微观单元的映射关系。此外,根据用户指定的少量控制点,利用径向基函数进行形变插值,实现了宏观结构的形变控制。3、根据模型单元相似,整体具有规则性的特点,引入了均匀化仿真方法,实现了多孔模型的快速仿真,克服传统有限元方法计算量大的困难。4、基于上述研究工作,构建了多孔模型建模及仿真平台原型,实现了半序多孔模型的建模、编辑和仿真功能。同时,基于此系统测试了模型微观结构与宏观物理属性的关系,为日后相关研究方向的深入开展奠定了良好基础。