随着三维激光扫描技术的发展，现实世界中越来越多的复杂物体都可以通过激光扫描的方式建立其三维数字几何模型，并且这种基于实物测量的数字化建模方法正逐渐成为一种发展趋势。三维几何模型的大量出现和广泛应用推动了学术界在数字几何处理方面的研究。本文重点研究了点云模型特征计算中的两个基础性的课题：点云模型的底层局部几何特征估计和高层语义特征——圆柱面参数的快速计算，并以此为基础考虑了一个实际应用问题——真实树木的三维重建。论文的主要贡献包括以下几点：　　 1.散乱点云曲面的二阶微分量估计：针对不规则的离散点云数据提出了一种基于法向拟合的微分几何量估计方法。该方法充分利用邻域内所有点的法向信息，根据单位法向量两分量及其偏导数来计算二阶微分量，方法的最大优点在于估计结果与局部坐标系的选择无关，并且在法向拟合完成后能够对法向进行修正，得到更准准的估计结果。实验表明，该方法在不规则的散乱点云数据上能获得比较优异的估计性能。　　 2.快速圆柱拟合：通过引入一种新的近似几何距离度量，提出了一种快速圆柱拟合方法。该方法能使非线性圆柱拟合问题部分线性化，将非线性优化的参数个数从5降到2。这种转化一方面提高了曲面拟合的计算速度，另一方面也在一定程度上避免了非线性优化问题由于优化初始值选取不当而陷入局部最优的问题。　　 3.真实树木枝干三维重建：基于三维激光扫描仪单次测量数据，提出了一种真实树木的三维重建方法。该方法选取春冬季节不带树叶的落叶树作为对象，专注于树木枝干的重建，力求准确重建树木的分支结构及各分支的半径信息，算法充分利用单次扫描数据点规则分布的特点，主要处理步骤都在深度图像空间中进行，重建过程简单快捷，重建结果可以用于真实树木的测量。