随着计算机图形学、计算机辅助几何设计和高性能计算等相关技术的发展，三维CAD技术已在制造业中被广泛使用，产品的三维CAD模型已成为现代产品开发、制造、改型和使用维护的基础和平台。因此，获取产品的三维CAD模型有着非常重要的意义。在没有产品CAD模型和没有设计图纸或者设计图纸不完整的情况下，按照现有产品样件，利用各种数字化技术及CAD技术重构其CAD模型的过程，被称为实物逆向工程。　　 本文围绕实物逆向工程，研究和讨论基于光学测量的CAD建模理论和方法。介绍了逆向工程主要应用领域和国内外发展现状，分析和比较了逆向工程中常见的几种数据获取方法，例如接触式测量方法，非接触式测量方法等，在此基础上，阐述了德国Steinbichler公司COMET三维激光扫描仪以及最新的手持式三维激光扫描系统的工作原理和数据获取过程。　　 光学测量获取的点云属于高密度散乱点云，具有大量的冗余点和噪音点，因此，在拟合曲面前必须对点云进行预处理，去除掉点云中的冗余点和噪音点。本文研究和讨论了点云预处理的基本流程和主要步骤，研究多视点云对齐与融合的方法、点云数据的平滑，点云光顺的高斯滤波，中值滤波和平均滤波方法、点云精简的网格法，点云的分割等，总结出数据处理的规律和方法。　　 本文对曲线、曲面重构的基本理论进行了论述，介绍了曲线、曲面的数学模型，以及插入和逼近两种数据重构方法，对CAD建模的基本理论及方法进行了综述。分别应用传统曲面造型方式和快速曲面造型方式，实现了基于CATIA的玩具车身逆向建模和基于Geomagic的汽车连杆建模，成功地重构出玩具车身与汽车连杆的三维CAD模型，对两种曲面造型方式进行了对比和总结。