在科技高速发展的今天,三维点云数据处理技术已经广泛地应用于计算机视觉、科学计算、虚拟现实等高新领域,并且在各领域发挥的作用越来越重要。基于三维点云数据的模型重建是三维点云数据处理技术中非常重要的环节,是一系列操作及应用的重要基础。针对大量的三维点云数据,研究出一种更为优良的取点检测算法,以此来精确实现自由曲面模型的三维重构,对于三维点云数据的应用具有十分重要的理论研究意义和工程应用价值。因此,本文将从基于三维点云数据的模型重建、自由曲面检测的取点方式及重构精度等方面展开深入研究,主要的研究内容如下:首先,本文探讨了三维数据获取方式及三维曲面重构技术的国内外研究现状,介绍了三维点云数据处理的基础理论。在此基础上,进一步介绍了等距方法的相关知识,并建立了等距取点检测法、三角形取点检测法及基于曲率的取点检测法三种算法的数学模型,为后续基于这三种算法进行曲面取点及三维重构提供了理论基础。其次,设计了自由曲面模型,加工了实际工件曲面并进行了点云数据检测;根据提取的检测数据,以Matlab为工具,分别基于Delaunay算法拟合方法、多项式拟合方法和局部加权回归方法对自由曲面进行拟合重构,并绘制相应的残差图,确定了以DT算法拟合自由曲面为后期展开取点工作的三维曲面。再次,根据本文提出的三种取点算法的数学模型和取点原理,设计了多种不同的取点方案,在已确定的检测曲面上取点并重建了对应方案下的自由曲面三维形貌,根据ICP算法分别完成了各种取点方案下的三维曲面与设计曲面的配准。根据配准信息,给出了所有方案对应的三维曲面与设计曲面之间的偏差精度,此外,还分析了不同长宽比对等距取点检测、不同内角角度对三角形取点检测的影响。综合以上内容,在取点数目相同的情况下,可以得出以下结论:(1)采用等距取点检测算法时,正方形长宽比等距取点算法优于其他长宽比等距取点算法;(2)采用三角形取点检测算法时,等边三角形取点检测算法优于其它类别三角形取点检测算法;(3)综合比较等距取点和三角形取点检测算法,可知,等边三角形取点检测算法优于正方形等宽比等距取点检测算法;(4)进一步分析可知,基于曲率变化的等边三角形取点检测算法并没有优于未考虑曲率变化的等边三角形取点检测算法。因此,实际工业环境中,选用等边三角形取点检测算法会得到最优效果。在产品数字化建模工程中,三维数据加工精度信息的精准处理技术将会发挥越来越重要的作用,通过本文验证的结论及方法,满足实际工程应用需要,可以帮助实现三维模型更为精确的重建,并应用于指导实际工业加工、现场生产、无纸化设计与研发等领域,具有重要的理论研究意义和工业经济价值。