计算机动画与仿真是虚拟现实技术的一个重要领域。在过去几十年里,计算机动画一直是人们研究的热点。在全球的图形学盛会SIGGRAPH上,几乎每年都有计算机动画的论文和专题。从计算机动画的发展过程看,计算机动画可以分为关键帧动画,变形物体动画,过程动画,关节动画,基于物理的动画等。 本文所研究的虚拟鱼的目标是在硬件配置较低的微机上运行真实而又流畅的计算机动画。但是使用传统技术和图形学算法创作在虚拟海洋环境中活动的虚拟鱼,是十分复杂而又极其繁琐的,其运算量之巨大,很难在微机上达到实时运行的要求;但如果采用简单的关键帧技术,又无法灵活表现鱼丰富多彩的运动和行为。本文的目的是在动画的质量和实时性两者之间寻求一个较好的平衡点。本文所论述的内容是从鱼的生物物理模型出发,综合构建鱼身体各部分的运动体系,通过将鱼的运动和行为参数化,从而达到完全利用程序对鱼进行控制的目的,使虚拟鱼的运动灵活而且逼真并能与外界环境交互;同时适当地简化运动模型并使用硬件加速技术来满足实时性的要求,使整个程序能够在配置较低的微机上流畅运行。 本文绪论部分讨论了计算机动画的研究意义及研究现状,然后研究了本文的理论依据——鱼的生物物理模型;第三章简单介绍了开发本虚拟鱼的Direct3D平台;第四章从整体上分析了虚拟鱼的实现过程;第五章讨论了两个关键的技术:模拟运动函数和硬件加速(HLSL);最后是结论和一点展望。