由于轮胎花纹结构的复杂性,以及凹槽、缝隙等微细特征的存在,在轮胎硫化工序中,制造出的成型花纹经常会与设计花纹存在一定量的偏差,以至于对已有轮胎花纹噪声、滑水、抓地等方面性能的分析研究具有失真性。针对此问题,本文对胎面花纹逆向层次化建模关键技术及其CAD系统开发展开研究,以便组建花纹语义规则库和轮胎语义模型库,用于指导花纹的设计,分析花纹性能,优化加工工艺。具体研究内容如下：(1)分析了逆向工程的关键技术。详细归纳总结了点云数据的采集、去噪、修复、精简、分割、特征提取、光顺及拟合等技术理论,并将其在轮胎点云数据中的应用进行了探索性尝试与比较。(2)研究了轮胎花纹的特征和造型。综合花纹正向设计流程,将花纹进行拆分设计,提出了基于特征的层次化建模方法,用以规范其逆向设计流程。(3)对轮胎点云数据预处理展开了研究。参考轮胎花纹的造型规律,在球型与扇形混合空间分割的基础上,提出了一种基于聚类的主成分统计分析方法。通过借鉴切片分层的思想,将三维点云数据转化为具有层次性的深度图像,绕开了在微细特征处因扫描精度出现的数据缺失问题。(4)对轮胎花纹边界特征提取进行了研究。通过对几种特征提取算法在轮胎花纹边界提取中的验证与对比,借鉴投影图像特征提取的方法,在将深度图像转化为灰度图像的基础上,提出了一种融合花纹边界区域增长规律的特征提取算法。(5)对轮胎花纹曲线逼近与重构技术进行了研究。结合轮胎模具型腔的加工特点,借助三次样条插值方法将曲线离散化处理为一簇等间距坐标点的形式,并根据最佳一致逼近的定义实现自适应相切连续圆弧直线的花纹曲线逼近。(6)轮胎逆向层次化智能建模系统的开发。以CATIA V5作为设计平台,SQL Server 2008为数据管理平台,VS2005和CAA-RADE为开发工具,制定了集设计、分析、管理为一体的研发平台。将花纹逆向设计的操作处理进行了封装整合,实现了花纹的逆向层次化快速建模。