近几十年来,随着计算机技术的发展,计算机图形学技术的应用也变得越来越广泛,其中一个重要的应用领域是三维场景制作,例如3D动画设计,影视创作、游戏制作、建筑设计和城市规划等。因此,如何建立符合特定要求的三维模型并将其按照创作者的意图合理地呈现在屏幕上就显得十分必要。上世纪九十年代提出的通过镜头控制(Through-the-lens Control,TILC)思想,允许用户可以直接对物体在平面图像上的投影进行操作来对3D场景中的各组件进行设置,大大促进了三维场景制作的效率和交互性。本研究基于通过镜头控制技术,在现有研究成果的基础上,针对现有基于TTLC研究中的某些不足之处,提出了较为完整的基于TTLC的三维场景控制技术,旨在达到这样一种目的:用户可以直接对二维像平面上的图像性质进行设置,系统根据用户的输入对三维场景中多个组件包括摄像机、物体、灯光和阴影等的参数进行重新计算。最终的目标是提高三维场景制作效率、增强交互性,使用户集中精力于场景的艺术设计和构思,对三维场景进行更为全面的控制,进而能够在更短的时间内做出更理想的设计。本研究根据通过镜头控制原理中的一系列理论与方法,利用约束规划的思想,分别讨论了如何利用TTLC来达到对摄像机、物体、光源和阴影控制的目的。上面四种不同的组件约束是在一定的模型下建立起来的。最终约束式实际表达了相应的组件的参数与用户在平面图像上的输入的关系,这样就可以通过解决这一系列约束求得关于各项参数的解空间。研究中在建立的约束式实际是非线性的,这样就会降低问题解决的效率,这里采用的解决方案是通过引入Jacobi矩阵,把非线性的约束转变成为线性约束加以解决,从而降低了问题求解的复杂性。在对上述对四个组件的控制建立了线性约束之后,便可以提出相应的算法对约束进行求解。在研究中还分别对欠约束问题进行了讨论并提出了相应的解决方案。本文包含了几组对应于四种控制的实验结果,并对各实验结果做出了说明。虽然在解决约束时把非线性问题做了线性化处理以提高效率,这在一定程度上降低了结果的精确性,但从实验结果来看,误差相对于效率的提高而言是可以容忍的。综合实验结果,本研究所提出的理论与方法可以在实际的三维场景设计中得到应用。