近年来,因严重交通事故、火灾及工业意外等所致的高能量损伤急剧增多,据估计我国每年因此而接受创面修复手术的患者有近百万例。不合理的术前设计方案易造成皮瓣崩裂、坏死等而引发患处功能障碍,甚至可致截肢,给患者增添更多的痛苦和经济负担。因此,研究并创新现有的术前皮瓣设计方法,快速制定合理的术前指导方案,是基础研究转化为临床应用极好的切入点,具有重要的理论意义和实际价值。本文面向临床中的创面实例,就三维创面的形态学展开与分析方法进行研究,具体内容如下:研究创面模型的快速拓扑重建算法,并提出层次值的概念。基于散列表的数据结构,构建创面STL文件的冗余数据滤除算法,提高滤除效率;利用顶点-边-面的结构形式,实现创面模型的快速拓扑重建。在完整表述创面拓扑关系信息的基础上,提出层次值的定义,进一步完善创面乃至曲面模型的结构关系。基于离散顶点的高斯曲率,实现网格曲面可展性的分析;补充了广义层次值的推广应用,面向规则曲面或可展性较好的曲面时,引入K-means聚类方法对原始曲面层次做进一步的聚类处理,在保证展开精度不受影响的前提下,进一步减少展开过程中的迭代优化时间。从几何形态学着手,探究创面中特殊变形情况的合理展开方法。总结几何方法和力学方法在创面展开过程中各自的优缺点,研究各式三维创面的共性/异性问题,揭示看似无序、不规则的三维创面中的普遍适用性规律。针对创面的不规则性,从离散顶点的可展性出发,创新性地提出关于畸点的定义,将三维创面中出现的突变顶点和常规曲面点区分开,分类解决,分类展开。提出邻边不变原则,合理解决了畸点展开过程中带来的变形问题,有效降低展开过程中的累积误差。提出基于层次值的三维创面形态学展开优化方法。基于材料变形的连续均匀性假设,研究三维创面的形态学初始展开算法,从展开基点出发,依次展开周围网格。在创面初始展开结果的基础上,引入基于改进弹簧-质点模型的优化算法,进一步提高三维创面的展开精度;采用隐式欧拉方法计算顶点在弹簧质点系统中的迭代位置,结合可变时间步长和忽略初速度的方法,有效提高算法的稳定性。基于层次值的定义,通过对创面模型中不同层次的离散顶点设置不同的弹性变形系数等,逐层展开,分层优化,实现局部创面展开精度和创面整体展开精度的并行优化。最后,应用多分辨光顺方法对创面展开结果的边界轮廓进行光顺,获得适用于医疗场景下平滑光顺的轮廓曲线。通过对多例不同部位的皮肤创面进行展开与分析,结果表明,本文方法获得的展开结果能更好地与皮肤创面相契合,展开后的面积和边长平均偏差值缩小至10%以内。基于MFC和Open GL框架,开发三维创面形态学展开系统。以C/C++语言为基础,构建方便用户操作的界面程序,可进行创面模型的导入、显示、展开和分析等操作,实现术前皮瓣设计方案的自动化输出,避免了大量的人工操作和对操作者技能、经验的依赖,有效减少术前方案的准备时间,对规范术前方案设计流程具有一定指导意义。