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计算机动画一直是计算机图形学领域的一个研究热点，影视特效的发展以及电子游戏的强力需求进一步推动了这一方向的研究。然而，真实世界蕴涵着复杂的运动规律，而计算机图形学领域却缺乏对这些运动现象的物理模型有比较合适的描述。如何发现这些规律并通过计算重现真实世界的运动，成为计算机动画的关键技术。传统的动画生成采用“关键帧”技术，这需要预先给定模拟个体在某一时刻的位置、形状和运动状态，不仅工作量巨大而且仿真效果不理想。针对这一问题，本文提出了将物理学原理与生物学原理相结合来建立生物运动学模型的方法，并将其运用到海底环境与鱼群运动的模拟之中。在该模型中，群体中的每一个体都是一个自主智能体，无需外力的作用，在各运动机制的约束下，能形成较好的集群运动模拟效果。
本文的研究着重在以下几个方面：第一，根据生物学原理，简化生物个体的感知模型，抽象出其视觉的物理模型，按照感知范围收集环境信息，对感知对象进行筛选和可见性判别。第二，根据虚拟环境的要求和已经抽象出的人工鱼的感知模型，把个体模型抽象成刚体模型来进行分析，同时根据运动学原理和集群运动的三大规则，建立个体之间的受力、个体与环境的相互作用和物理运动学方程，从而规划个体及群体运动，实现碰撞、追逐、躲闪和拦截等运动方式。第三，基于渐变动画技术和鱼的生物特性，把刚体运动转化柔体运动，解决刚体运动机械僵硬的缺点，使个体的运动更加流畅逼真。