随着建模设计工具的发展,静态模型的设计变得简单,而可运动的动态模型设计却需要外形设计师、机械结构设计师的共同参与,并且由于外形设计和机械结构设计过程相对独立,经常会因缺乏沟通导致整个设计制造过程出现成本高、周期长、质量差等问题。因此,动态模型的机械结构自动生成与优化算法应运而生。它使得普通用户都可以只关注模型形状与运动形式的设计部分,而算法则自动给出功能性的结构设计与装配,最后再利用3D打印等制造工艺,生产出十分个性化的可运动机械结构产品。本文介绍了现有的四种可运动机械结构设计方法：基于运动向导、基于动态捕捉驱动、基于计算设计、基于连杆结构的计算设计方法,它们都是面向普通用户的交互式设计方法。然而,这些方法设计的模型产品,其运动方式或种类比较单一,远远无法满足用户的个性化需求。因此,本文首次提出了一种基于剪刀结构的动态形状自动化设计方法,通过两步式的构造设计,分别从拓扑、几何两方面进行优化,真正使得普通用户都能轻松设计出可进行任意形状变化的结构。首先,我们对给定的两个形状作一致化处理,使其拥有一致的拓扑结构,并利用剪刀结构进行形状逼近,同时保证剪刀结构的可展性。然后对剪刀结构的几何特性进行优化来最小化动画过程中连接处的形变量、最大化形状的逼近程度,在得到优化后的剪刀结构参数之后,通过控制锚单元来模拟展开过程。最后,利用3D打印或手工组装将设计好的剪刀结构制造成可展开的实体物件。经大量实验验证,本方法即使在制造过程存在误差的情况下,也能自动设计出可在任意两个形状物体之间动态变化的产品,且变换过程十分流畅,结果合理而鲁棒。