“中国力学虚拟人”是国家自然科学基金重点项目。它是一个人体骨肌系统参数化几何模型,通过输入人体参数,可以转换为具体研究对象的骨肌系统模型;它同时是一个人体骨肌系统的有限元模型,可以做全身骨骼或局部骨骼的有限元分析。该项目将开发一个大型软件,支撑上述计算工作。基于医学图像的有限元自动建模是该软件系统一个重要的底层功能。在现代医学领域,对人体解剖结构建立有限元模型进行科学研究与临床应用已经越来越普遍;但是,由于人体结构的复杂性,组成人体材料的特殊性,直接建立人体解剖结构的有限元模型是非常困难的;基于医学图像的有限元自动建模,是一种由医学图像自动建立有限元模型的方法。表面网格的优化是有限元自动建模技术中一个非常关键的问题。优化的结果如何直接决定由面网格推向体网格的可能性以及得到的体网格的质量。表面网格优化的主要研究内容包括网格简化、网格细分以及网格光顺等。医学断层图像经表面重建后得到的模型一般含有数十万都数百万个三角面;且网格结构、形态极不规则;简化是必不可少的一个过程。本文在Garland算法的基础上,引入拓扑质量因子的概念,并将它加入到简化代价的计算中,最后得到一种综合考虑简化误差与网格质量的简化算法。网格简化后,模型中三角面的数量大大减少,三角面的尺寸也相应增大。网格细分就是将简化后稀疏三角面细分到目标的尺寸。本文使用了长边分断算法对网格进行细分;同时在细分中使用二维Delaunay准则优化了网格。简化后的模型表面出现大量的棱角。网格光顺算法在不增加顶点数量的基础上,使模型变得平滑。本文在Laplacian以及G.Taubin等光顺方法的基础上,提出并实现了一种在光顺过程中根据顶点曲率选择不同光顺方法的组合光顺算法。同时,本文提出了一种消除小面积狭长三角面的方法,用之删除在简化、细分以及光顺后依然存在的狭长三角面,提高了网格质量。最后,本文综合以上各种算法实现了对表面网格质量的优化。