随着三维扫描技术与计算机图形图像技术的发展，三维体数据模型的数量迅速增长，并广泛应用于医学虚拟手术规划、三维地质体建模、机械CAD设计、气象预测以及流体力学模拟等领域。因此，如何实现体数据模型快速而有效的检索具有重要的理论意义和实际应用价值。目前体数据检索方法多是基于体数据切片的几何与非几何特征进行，其实质是基于二维切片的颜色、纹理及形状等特征进行的，这势必会丢失体数据的三维空间特征，诸如空间形状特征及拓扑关系特征等，从而使得检索结果偏差太大。
　　针对以上问题，本文以三维体数据模型为研究对象，通过提取体数据的结构特征和形状特征，构建体数据的内部三维空间特征，然后计算其特征向量的相似度，实现三维体数据模型的检索。本文取得的主要研究成果如下：
　　(1)针对现有体数据去噪方法无法在有效去除噪声的同时保留边界尖锐特征的问题，提出了一种改进的最小二乘(Weighted Least Squares，WLS)体数据去噪方法。该方法首先对原有二维WLS方法的正则项进行改进，有效解决了边界噪声的去除问题；然后对改进的二维WLS进行扩展，使其能适应三维体数据的处理；再利用迭代最优化策略，快速准确地求解最小能量方程，使其在有效去除体数据噪声的同时，能够很好地保留体数据中的边界尖锐特征。
　　(2)针对目前体数据分界面提取方法无法解决分界面拓扑关系表达问题，提出了一种基于有向骨架树的体数据分界面拓扑关系表达方法。该方法首先根据体数据的结构特点，利用梯度幅值获取体数据的分界面点集；再基于分界面点集的形状特征与点集密度特征，通过聚类，获取体数据的子分界面；然后基于获取的子分界面，计算子分界面间的连接关系，构建一种具有全局拓扑的有向骨架树，并对其进行矩阵表示，从而实现体数据分界面拓扑关系的有效表达。
　　(3)针对体数据的内部分界面形状特征难以完整描述问题，提出了一种基于骨架和脊谷特征结合的体数据分界面形状特征描述方法。该方法首先利用切割思想获取子分界面的多层切片，然后对切片进行投影和区域划分，通过计算切片中心点以获得子分界面的骨架点，进而连接和优化骨架，获取体数据子分界面的内部骨架；为了获得子分界面的外部凸凹局部形状特征，对子分界面的点集进行局部拟合，获得子分界面的主曲率，并对其进行分析，判断子分界面是否存在脊点或谷点，从而完成子分界面外部脊谷凸凹形状特征的提取。通过结合子分界面的内部骨架特征和外部脊谷凸凹特征，实现对体数据内部分界面特征的有效描述。
　　(4)针对传统体数据检索方法对三维空间特征利用不全面而导致的检索结果偏差大的问题，提出了一种基于树形结构拓扑图的体数据检索方法。该方法首先基于有向骨架树、子分界面的内部骨架特征和外部脊谷特征，构建具有三维空间特征的树形结构拓扑图，并对其进行向量表示；然后确定树形结构拓扑图中的有向骨架树、子分界面的骨架及子分界面的脊谷特征的相似度计算方法；最后通过计算树形结构拓扑图的向量相似度，实现三维体数据模型的有效检索。