为了解决由于受到噪音污染及部分残缺问题的影响,而很难从三维扫描数据点集中恢复真实物体的几何信息这一在工程实际中遇到的难题,本文提出了一种同时恢复局部拟合基本图元及其全局相互关系的算法。在利用了人造物体通常由基本图元组合成重复结构的构建单元,并且这些基本图元通常需要满足各种全局相互关系的基本假设前提下,本文采用了将基本图元的数据拟合函数与全局约束关系结合来构造限制性非线性优化问题的方法,从而在求得最优解的同时获得对数据点集的最佳重建结果。本文算法首先使用当前前沿研究中的RANSAC技术从数据点集中提取出初始的局部拟合基本图元,然后分两个全局关系提取与优化阶段对这些基本图元进行处理,并最终得到严格遵循原始数据中内在结构关系的输出结果。首先在第一阶段的预处理中,本文使用前期工作中的方向与位置优化算法将输入基本图元的参数信息规范化,使其能够为下一阶段的进一步处理提供稳定的输入。在随后的第二阶段处理中,本文为基本图元集计算其元素之间可能存在的旋转对称变换,并利用变换操作的结果对相应变换进行置信度投票,最终提取出原始输入数据中蕴含的空间轨道信息用于位置分布的优化。本文最后对一系列人工合成及真实扫描数据点集进行了测试,并通过这些测试对本文算法进行了验证。从这些测试结果中可以看出本文算法具有很高的稳定性和广泛的适用性,同时在运行效率的评估中也可以清楚地显示出本文算法具有很好的性能。本文也对可能的应用前景进行了讨论,并试图通过文中列举的几种典型应用示例来激发其他相关研究沿着这一方向进行深入的探讨与拓展。