随着3D打印技术的迅速发展,3D打印在工业领域中的应用也更加广泛,STL（Stereolithography）模型也变得愈加精细化、复杂化。STL模型的布尔运算是3D打印中模型预处理及再加工的关键步骤之一。传统的布尔运算算法的时间复杂度较高,难以满足复杂STL模型数据处理的要求,研究高效的STL模型布尔运算算法对3D打印的数据处理有着重要意义。在布尔运算的过程中,三角形碰撞检测的方法通常决定了布尔运算的效率。本文在分析多种碰撞检测算法的基础上,针对现有复杂STL模型的布尔运算效率低的问题,提出了一种基于两级体素模型的布尔运算算法,具体研究内容如下:首先,探讨了基于层次包围盒法的布尔运算和基于空间剖分法的布尔运算的优缺点,并分析上述方法难以满足复杂STL模型的布尔运算效率要求的原因。然后从数值精确化、算法稳定性、空间复杂度和布尔运算中三角形分类过程的优化四个角度探讨基于体素模型布尔运算的优化思路,为后续的研究奠定理论基础。其次,提出了一种基于两级体素模型的布尔运算算法。利用体素模型布尔运算高效的优点,并结合包围盒技术进一步地改进体素模型,将搜索碰撞三角形的时间复杂度降低至O（n）。首先构建AABB（Axis Aligned Bounding Box）包围盒并进行求交处理,确定布尔运算的体素空间区域,有效地降低算法的空间复杂度。构建第一级体素模型并建立其与三角形之间的映射关系,提出一种延迟精细体素化的策略,提高了体素化过程的效率。分析第一级体素模型求交后的情况,对碰撞体素中的三角形数据采样分析后建立第二级体素模型,解决了体素模型布尔运算空间复杂度高、算法不稳定的问题。利用映射关系将碰撞体素中的三角形提取出来精确求交,将求得的交线集合连接成多个交线环。根据交线环将碰撞三角形剖分为多个多边形,并采用Ear Clipping三角剖分算法将多边形细分为三角形,利用三角形在体素空间中的位置关系对三角形进行快速分类,并根据布尔运算操作将三角形进行重组,得出布尔运算的结果。最后,将本文所提的基于两级体素模型的布尔运算算法和著名的计算机图形学开源库VTK（Visualization Toolkit）中的基于OBB（Oriented Bounding Box）层次包围盒的布尔运算对比。算法性能测试结果表明本文的算法相较于VTK中的算法,碰撞检测的时间效率提升了90%以上,且整体布尔运算的效率提高了70%以上,验证了本文所提的基于两级体素模型的布尔运算算法的高效性。