三维几何引擎是三维计算机辅助设计（Computer Aided Design,简称CAD）软件的内核和基础组成部分。它是三维几何建模的基础,用户可以利用其提供的应用开发工具以及接口进行二次开发。数据交换功能是几何引擎中最基础的功能之一,在CAD系统之间进行数据交换时,因不同CAD系统数据结构不一致等原因往往会产生数据不兼容、数据丢失等问题。为解决以上问题,各国陆续开发了多种数据交换标准。其中,产品数据交换标准（Standard for the exchange of product model data,简称 STEP 标准）因其模型信息表示完整、独立于任何CAD系统等优势而广受欢迎,目前大多数CAD软件均已实现STEP标准。本文主要解决了 STEP标准实现过程中的两个问题。一是现有的STEP中性文件读取算法存在文件读取速度较慢的问题。本文从两方面对其读取速度进行了改进。一方面优化文件读取方式,将文件数据一次性读入内存,然后根据读取算法要求对数据进行预处理,并将数据结果存入数组。另一主要方面是优化数据转换方式,将基于单线程的串行转换改为基于多线程的并行转换,并根据文件数据特点提出了体并行、体+面并行以及分层并行三种并行转换优化算法。.本文以原有读取算法以及OpenCASCADE为对照实验,对这三种并行算法的运行效果进行了实验。实验结果表明,三种并行优化算法都提升了文件的读取速度,且效率上相差无几。并行程序运行速度相比串行转换程序运行速度提升至原来的2倍左右,比OpenCASCADE运行速度提升至原来的9倍左右。二是读入的模型存在拓扑缺陷问题。针对目前出现的两种拓扑错误,本文分别提出了相应的检测算法。一个是环边方向的一致性检测算法,检测模型中组成环的有向边的方向是否保持一致。算法主要包含三步,首先根据现有的数据信息以及有向边、边曲线、几何曲线之间的关系计算出有向边的起始点和终止点,然后根据相邻有向边是否首尾相连对有向边进行分组,最终输出数量较小的分组中的有向边信息。第二个是关于面法向量的方向一致性检测算法,检测模型中所有拓扑面的法向量是否统一朝向模型外部。算法的主要思想为求解几何面上位于边界范围内（非边界上）的一点的法向量的朝向,进而通过几何面和拓扑面的关系得到拓扑面在该点处的法向量的朝向,如果法向量朝内,则说明当前拓扑面的法向量方向出现错误,输出当前拓扑面的相关信息。本文工作内容主要集中在三个方面:一是提出三种并行转换算法对读取算法进行优化;二是提出环边方向的一致性检测算法;三是提出面法向量的方向一致性检测算法,特别是对拓扑面上一点的求解,根据不同几何类型给出了不同的解决方法以及验证方法。