虚拟现实正在成为一种新的计算手段,它在国防、科学研究、工程设计和制造业等许多重要领域有着广泛的应用前景。从交互的观点看,虚拟现实是一类新出现的三维用户界面(3D UI),与现有的二维WIMP界面有很大不同,面临着许多新的设计挑战和更复杂的可用性问题。现有的3D UI不是过于简易就是缺乏可用性,难以满足实际应用的需求。为此,必须对高可用的三维交互技术进行深入研究;从应用的角度看,缺乏自然、和谐的交互方式已成为制约虚拟现实进一步应用的“瓶颈”,将多通道交互与三维交互相结合,研究多通道三维交互技术已成为研究的热点。论文简要介绍和分析现有的三维交互技术,从设计层次的角度上进行总结;现有的面向通用任务的交互技术还缺乏对应用的支持力度,为此,论文基于场景语义和语义对象的概念,给出场景语义的定义,设计基于场景语义的三维交互技术,使用户通过与语义对象的基本交互实现复杂的应用;并通过具体应用(虚拟家居布局)验证场景语义理论的有效性。采用多通道三维交互是实现自然、和谐的虚拟现实系统的有效途径,因此,论文从多通道输入的角度,给出交互语义的定义,借鉴已有的任务语法分析的理论,提出新的分层整合算法,实现多通道的信息融合;设计基于交互语义的三维交互技术:并通过具体应用(虚拟城市规划)验证交互语义理论的有效性。本文工作中的主要创新可以归纳为以下三点:1.从面向应用的角度,给出场景语义的定义,基于场景语义和语义对象的概念,使用户通过与语义对象的基本交互实现复杂的应用。提出场景语义的设计策略,设计和实现了基于场景语义的三维交互技术。2.从多通道输入的角度,给出交互语义的定义,提出相应的整合算法,实现多通道的信息融合,提出基于时间约束的交互语义整合机制。3.基于场景语义和交互语义设计自然、高效的双手交互技术和多通道交互技术,包括无缝微缩模型技术、动态成组技术、多对象快速选取技术、形状区域对象排列技术。