三维建模是计算机用于表示三维模型或三维场景的数字表示技术,它一直是计算机图形学的研究重点之一。伴随着社会的进步以及计算机硬件技术的快速发展,三维建模技术越发成熟,其应用领域也越来越广泛,越来越多的人在生活中逐渐接触到三维内容创建。例如,三维打印技术可以使人们设计并打印各种三维物体。虚拟现实(VR)允许人们预先设计虚拟场景,然后给人一种身临其境的代入感。增强现实(AR)允许真实世界和虚拟世界信息无缝连接,将虚拟信息应用于现实世界,以实现超越现实的感官体验。三维场景的设计一般需要创建各种基础模型,然后把这些基础模型进行布局调整,从而达到目标场景。例如,在创建室内场景的时候,设计师首先设计出基本模型,如桌子,椅子以及其它家具等,然后再将这些基本模型进行合理的布局,从而得到室内目标场景。由于大量的模型以及场景是由基本元素通过合理布局得到的,因此提高三维元素布局的易用性是极其重要的一步。另外普通用户缺乏三维建模经验,在对三维元素进行操作时,由于普通显示器无法充分显示三维效果,普通用户往往会出现感知偏差。另外,普通用户对于二维元素的感知却很准确。人们可以明确判断出二维元素的各种关系如平行,共线等。针对上面的问题,本文主要研究了如何利用用户的二维感知来有效的指导三维元素布局。为了利用用户的二维感知来指导三维元素布局,本文通过检测三维元素投影在二维视平面上的二维元素关系,来协助判断三维元素的空间位置。此过程与用户的感知习惯一致,因此可以极大提高三维操作的易用性。为了在二维上检测三维元素之间的关系,本文提出了一个基于用户二维感知的三维元素关系提取方法。为了根据元素之间的关系完成目标布局,本文提出了一个基于关系约束的三维布局优化系统。本文提出的这两个方法为本文的主要研究内容。另外,在检测元素之间二维特征关系时,不可避免的会出现歧义的情况,本文提出了一个消除特征关系全局冲突的方法。可视化元素间关系可以帮助用户判断自动检测到的关系是否符合预期,本文提出了一个让用户可以轻松判断出检测关系的可视化方法。如果检测的关系不符合用户的预期,用户可以通过交互工具来对关系进行编辑,本文将提供一个直接用于编辑元素间关系的交互工具。用户通过操作待定元素或直接编辑元素间的关系,最终使得元素间的关系符合目标布局。将元素间已有的关系以及基准元素作为约束,可以确定待定元素的三维坐标以及尺寸大小,从而得到用户的目标布局。