自由形态空间网格结构是指结构整体几何形态不能用解析函数精确表达或拟合,并能以任何方式自由变化的空间网格结构,具有形式多样化和自由化的特点,但其网格划分存在一定的难度。本文针对自由形态点云的网格设计进行研究,提出了一种面向点云的网格设计新方法,发展了已有的网格生成方法和网格优化技术。本文总结归纳了已有研究,回顾了基于点云的自由形态网格逆向建模的应用现状,总结了基于点云的网格生成方法、点云特征提取方法和网格优化方法的研究现状。本文发展了面向3D扫描点云的四边形网格生成方法,在点云上直接剖分网格。基于有限元中广泛应用的铺砌法(Paving Method),针对点云的数据特点,提出高效的点云K邻域搜索方法,引入点云边界搜索及法向求解方法,完善了前沿推进过程中生成新节点以及闭合处理的算法,形成了可以应用于点云的网格生成方法。对点云几何特征的识别和提取是网格划分的重要依据和基础,本文采用了基于曲率这一几何特征的特征提取方法,详细阐述了该方法的基本原理和必要的操作,归纳了算法流程。在点云尖锐线特征提取的基础上,考虑到内边界及点约束的情况下,研究了保留特征的网格优化方法。首先总结了网格质量的衡量指标,其次提出了包括拓扑优化和几何优化两个步骤的优化流程,其中拓扑优化能够有效地改善网格局部的拓扑质量,Laplacian优化能够提高网格的整体光顺性。通过实例展示了保留特征的网格优化方法的有效性。根据上述理论与方法编制了基于点云的四边形网格生成及保留特征的网格优化的设计程序。能够有效的对点云进行网格生成,同时保留点云的线特征及点特征。本文总结以往的研究成果,将其归纳和汇总为三种自由形态空间网格结构建的思路,总结并分析比较了用于自由形态网格生成的典型方法的特点、性能及其应用。本文对自由形态空间网格划分的程序FreeMesh的主要模块分为曲面几何造型模块、曲面网格设计模块、点云网格设计模块、网格质量评价模块这四个模块,对程序进行了优化和完善,对界面进行更加符合用户习惯的优化,同时撰写了方便用户快速掌握程序的程序使用说明。本文通过理论推导、数值模拟以及编制程序,证明了本文所提出的基于点云的自由形态网格设计方法是可行且有效的,能为实际工程提供技术支持。最后,论文提出并讨论了今后有待解决的若干问题。