曲面偏置是计算机辅助设计和计算机辅助制造中的一项重要操作，在快速成型、坐标测量机、机器人路径规划等领域中有着重要的应用。传统的偏置算法大多采用基于面、边和点的显式计算的方法，在计算过程中常常会遭遇自交叉等难以处理的拓扑问题，而基于水平集方法的隐式曲面操作是一种有效且方便的处理Mesh模型的方法。本文提出一种基于水平集方法的具有特征保持的偏置算法。水平集方法在处理隐式曲面演变过程中，可以自动避免自交叉等拓扑问题。在算法的实现过程中，采用DT-Grid水平集数据结构，DT-Grid数据结构在处理高分辨率模型过程中具有时间和空间优势，从而使得本方法可以很好地处理高分辨率下的Mesh模型。该方法的实现由三步组成，首先是水平集初始化，即采用最近点转化的方法对Mesh模型进行距离计算把Mesh模型转换为用于水平集演化计算的DT-Grid数据结构的隐式曲面表示。然后是隐式曲面的水平集演化过程。建立应用于偏置操作的水平集等式，然后计算水平集演化方程，并在必要时对水平集的位置进行重新初始化。最后是有效的Mesh提取，即采用改进的快速步进法，把隐式曲面表示形式的偏置得到的曲面提取出来，保存为Mesh模型的显式表示形式。在Mesh提取的过程中，将消除二义性和特性保持的曲面算法相结合，并提出一种消除尖刺现象的方法，使得本方法具有尖锐特性保持的特点。最后，采用多种Mesh模型进行实验，对于每种模型得到了较好的实验结果，说明本算法具有较好的实用性和可行性。