近年来,随着计算机在各个领域应用的不断扩大以及虚拟现实等技术的快速发展,三维数据建模可以广泛地应用于工业、国防、影视制作、游戏娱乐、文物保护、虚拟现实和可视化等诸多领域。快速、准确、高效的获取自由曲面密集点三维数据是各种应用的首要问题。本文研究和分析了三维激光扫描仪的基本原理,结合北京市学术创新团队计划“三维信息获取与应用处理技术”和国家自然科学基金“城市三维空间信息一体化建模与表达关键技术研究”等科研项目,设计开发了一套自由曲面三维激光扫描仪,论文的主要贡献如下:1、基于单点激光头的自由曲面三维激光测量系统。2、解决了激光头与平移装置同步控制、系统数据采集与软件同步接收等关键技术。3、对扫描结果进行分析,校正并提高了仪器精度。4、开发了配套的数据处理软件,实现了多站点配准,可以得到被测物的完整表面模型。经实验证明,本实验室自主开发的自由曲面测量系统快速有效,可用于自由曲面高精度原型数据采集。