与言语相关的手势作为一种可视化语言，在人们语言交流过程中能够对自然语言的表达起到增强和补充效果。语言伴随性手势动画合成是虚拟现实中可交互虚拟人研究的重点和难点，本文对手势动画合成的相关技术和理论进行了研究分析，重点研究与言语相关手势合成过程中运动细节保持和运动平滑，提出了基于运动基元关键帧插值的手势动画合成方法。本文的主要研究工作如下：本文综述了手势动画和人体运动合成现状，并对与言语相关的手势——语言伴随性手势动作的表现形式和动画实现方法进行研究分析，提出了手势运动基元模型。在此基础上，本文通过关键帧标注方式实现了运动基元结构化描述，为基于运动基元的运动合成过程提供了时序和结构化参数，能够有效应用于手势运动合成，并实现合成过程中保持运动细节。在手势动画合成过程中，本文通过对运动基元构成运动过程进行研究分析，利用手势运动基元中时序和结构化参数实现了最优过渡关键帧定位，并提出了基于关键帧相似度阈值分析的运动平滑处理方法，该方法通过调整相似度阈值控制关键帧插值系数和数量，能够实时调整运动合成速度和节奏，生成逼真虚拟人手势动画。通过系统实现和结果分析证明，本文方法实现了手势伴随自然语言的协同表达，有效提高了手势动画合成真实感。研究成果在虚拟社区、教育培训、医学研究、电子商务、网络视频协同及娱乐等应用领域具有广泛的应用空间和较好的科学意义。