随着计算机技术的发展，机械运动三维仿真动画已经逐步成为工程领域一项很重要的应用，通过把传统机械产业与数字多媒体产业相结合，既能带来很高的经济、社会价值，又能为观者带来不同的视觉艺术享受。但是在实际的制作应用过程中，机械运动三维仿真动画因其独有的制作对象、制作方法，不能再像以前的三维动画一样，仅凭主观臆想设计制作，而且还要从传播媒介的角度，打破以往给观众带来“呆板、僵硬、简单、枯燥”的感觉，将机械三维动画这个“冷冰冰”的角色赋予鲜活的生命和特性。在此基础上，本文以如何才能使机械运动三维仿真视觉界面更加立体、真实、引人入胜为出发点，首先从心理学角度，对机械运动三维仿真的视觉感知特性进行了初步性的探讨分析；然后从数字多媒体的角度分析其视觉界面的视觉语言，从独特的制作过程中发掘新的设计元素和技术制作方法，围绕立体、直观、真实，构建针对机械运动三维仿真视觉界面的交互优化元素；接着根据优化元素，对其中较为关键的视觉透视投影原理和光线跟踪技术进行算法研究，并针对目前存在的一些问题进行改进处理，目的是使优化元素既能有技术层面上的操作使用方法，又能得到科学理论的支持；把经过分析后的优化元素应用到天津大学工业设计系分别与三一重工北京桩机有限公司的工业设计大赛及与江阴纳尔捷机器人有限公司合作的“安宁化工乳化炸药全自动生产线”两项科研项目的实践中，对机械产品的三维模型和细节效果图进行展示，在此之后，用眼动仪分别对没有进行视觉界面优化设计的图像和进行优化设计后的效果图进行测试，从而更客观地了解观众对视觉界面优化设计后的图像的感知和认知；最后，从人类视觉系统的心理学和生理学角度出发，从主、客观两个方面，创建机械运动三维仿真视觉界面的视觉形象主观评价体系、视频质量主观评价体系、视觉界面质量检测和视觉系统对运动信息及视频内容的客观质量评价方法，目的是更好、更全面地对优化元素的研究进行目标价值的衡量和可行性判定，而最终的评价结果验证了优化元素能够使机械运动三维仿真视觉界面达到立体、真实、直观的效果。