● 摘要
增材制造等数字化制造技术使得将虚拟世界中的复杂抽象模型直接快速地成型为物理实物成为现实，而建立复杂抽象产品结构模型的数字化设计技术也面临新的发展空间与更多的挑战。为了满足人们个性化定制的需求，为制造过程提供形态更为多样、内涵更为丰富的产品结构模型，仿自然式设计成为了设计者们最好的选择。本文在生成设计方法的基础上，研究三维结构体的仿自然式生成设计方法及其相关的实体建模技术，并以典型仿自然式结构为例，开展建模方法验证，为仿自然式生成设计与建模的进一步发展奠定基础。
首先，本文结合国内外仿生设计、复杂形状建模方法以及典型仿自然式结构建模方法等领域研究的现状，通过梳理一般仿生设计的基本流程、分析典型生成设计算法的特点，提出了一套仿自然式结构的生成建模流程，用以指导典型仿自然式结构的建模过程。
其次，以枝状结构的仿自然式生成建模过程为对象，从植物学机理的角度出发，归纳总结出树木分枝的基本规律，并结合L-系统方法及其坐标变换，对最简单轴分枝结构、一般单轴分枝结构、合轴分枝结构等几类典型枝状结构的仿自然式生成算法进行设计。
再次，以蜂窝结构的仿自然式生成建模过程为对象，从蜂窝结构和非均匀类蜂窝结构的几何特性出发，探讨了蜜蜂构筑六边形巢穴的内在机理，提出了基于切线构造法的蜂窝主线生成方法与模拟蜂蜡堆积的等壁厚蜂窝结构构建方法，并对均匀蜂窝结构和非均匀蜂窝结构的仿自然式生成算法进行设计。
最后，基于以上理论研究，本文提出仿自然式生成设计原型系统的总体架构，重点针对枝状结构生成建模、蜂窝结构生成建模等关键技术，验证了相关算法的可行性和有效性。