在几何和实体造型、数控加工仿真和验证、机器人工作空间分析以及碰撞检测等众多领域中,扫描体具有广泛且深入的应用,其基本内容是以任一对象为扫描母体,沿着任一扫描路径,以某种方式运动,最终产生的几何模型所占据的空间总和。尽管针对扫描体及其造型技术已有了大量有价值的研究成果,但是随着工业需求的日益深入和广泛,随之而来的对扫描体造型要求的不断提高,扫描体造型技术所面临的问题也日益突出。在对各类扫描体造型算法作出了全面了解和透彻分析的基础上,针对扫描体造型技术目前存在的问题,本文分别从以下四个方面着手,从点到面地设计、实现并验证了一系列与扫描体造型相关的完整算法,对如何提高扫描体造型技术的适用性、精确性、鲁棒性以及高效性进行了有益的探索性研究:●提出了一种以旋转体为扫描母体进行扫描实体造型的算法。该方法首先分析了以连续参数化曲线表示的扫描路径,并在其上建立相应的活动标架;其次在每个活动标架中,通过计算和分析速度向量,逼近地求解出相应的扫描轮廓曲线;然后通过对扫描轮廓曲线进行放样,构造出扫描实体的包络曲面;最后将包络曲面连接入界和出界曲面构成完整的扫描实体。●提出了一种面向一般几何模型的扫描体快速造型算法,其基本思想同时适用于实体模型和网格模型的扫描母体。该算法首先对扫描母体进行分类分析处理,并对扫描路径进行分析处理,然后创造性地构建扫描元曲线并通过构造特殊平面网格以获取包络轮廓线,最后通过包络轮廓线构造出扫描体包络并最终完成扫描体的完整造型。●提出了扫描体造型中自交问题的解决方法。本文的创新性算法,不仅能快速进行扫描体造型,而且还能妥善地处理好自交问题。根据旋转体的扫描实体造型算法特点,文中创新性地提出了一种自交处理方法,该算法首先通过对扫描轮廓曲线进行粗略的自交预判断,确定扫描体包络面的自交区域,再对自交区域进行分片重构,以此解决自交问题;而对面向一般几何模型的扫描体快速造型算法,基于其扫描体的包络是分段构造的这一基本思想,文中针对不同模型的扫描体,提出了相应的自交问题解决方法。●拓展了扫描体造型技术在快速碰撞检测中的应用。针对扫描体造型技术在碰撞检测中的研究和应用,本文提出了一种快速碰撞检测的新算法,即用扫描跟踪元代替扫描体进行静态干涉检查,该方法既继承了传统扫描体造型技术应用于碰撞检测时的优点,又突破了传统方法的局限性。在本文的方法中,主要通过种子外轮廓点集进行扫描跟踪元定位点的搜索和构造,然后通过这些定位点构造扫描跟踪元,最后通过这些扫描跟踪元与环境的静态干涉,确定碰撞情况。