在现代社会,人体皮肤常因受外界侵害而发生大面积的组织缺损。临床上常采用皮瓣移植进行创面修复,但术前皮瓣形状的设计过程较为粗糙,使得皮瓣形状常不能与创面很好地贴合,易造成患处感染、皮瓣坏死等情况,给患者造成二次痛苦。因此,如何进行术前皮瓣形状的精准与个体化设计是目前亟待解决的问题。根据三维创面形态确定皮瓣平面形状可以视为曲面展开的过程,这为术前皮瓣形状的数字化设计与量化分析提供了新的思路。本文针对目前术前皮瓣形状设计精度低、准备较为繁琐的弊端,在探究皮肤力学行为特性的基础上,研究映射其生物力学特性的三维创面展开方法,具体工作内容如下:丰富创面模型的几何与拓扑信息,研究三维创面的形态学展开方法。分析创面模型文件的存储特点,设计基于点-边-面的类结构搭建模型的信息存储框架,利用散列存储结构实现原模型拓扑信息的重建和冗余数据的滤除,提高算法查取效率。建立了创面模型的层次结构,进一步深化对创面整体的形态描述。在此基础上,综合现有曲面展开理论提出创面的几何形态展开方法,并针对创面的形态特殊性引入形态畸点的概念,对原展开过程给出相应的修正。研究大变形状态下皮肤的拉伸性能、应力松弛与蠕变特性,探明其生物力学行为特性。对取自不同方向的猪皮样本设计了三组力学试验,考虑到皮肤的适应性和结构特殊性,针对不同的力学环境分别制定了预调处理方案。通过准静态拉伸试验获得了猪皮应力随应变的变化规律,并给出相应的表征模型。同时,验证了猪皮粘弹性的两个外在表现:应力松弛与蠕变现象,并探究了其与应变条件、样本特征的关系。映射皮肤生物力学行为特性,提出基于材料变形能的有限单元优化法。在创面模型形态展开的基础上,分析模型上网格单元展开后的变形情况。结合猪皮的力学参数建立基于材料变形能的单元材料模型。将单元变形归因于作用在结点上的等效载荷,提出创面的展开优化模型。以整体变形能为优化目标,采用等带宽存储和高斯消元法计算结点位移和更新结点坐标。引入五点插值法实现优化过程中的变形能可视化。针对不同情形选取了网格模型和临床实例进行了验证与案例分析,基于MFC框架创建了用于创面展开与优化分析的GUI操作界面,使用C/C++编写算法程序,用户可导入创面文件后,可实现模型可视化、展开优化和文件输出等操作。本文提出的基于材料变形能的创面展开方法,可以有效处理三维创面的展开优化问题,能够为临床创面修复中术前的皮瓣形状设计提供合理可靠的初步指导方案。编写的用户操作界面可以简化设计流程、减少术前准备时间,对未来将数字化设计应用至临床创面修复领域具有一定的推动作用。