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本文以快速合成高真实感的大规模群体表演动画为研究目标，以小规模群体表演动画为实例数据，研究如何实现“由少到多”的利用实例数据来驱动合成大规模群体表演动画。重点对小规模和大规模群体表演动画之间群体运动演绎关系的理论模型、启发式的模型构建方法、多约束的群体表演轨迹传输等关键技术进行了深入的研究，并取得如下研究成果: (1)提出一种运动特征相似的小规模和大规模群体表演动画之间群体运动演绎关系的建立方法 通过分析大型运动会开幕式中群体表演的视频录像和对群体表演动画设计相关文献调研，我们发现一些大规模群体的表演往往和某些小规模群体的表演从运动特征上看起来非常相似，这些特征包括群体队形变换的规律，个体运动速度和朝向的变化以及群体的表演动机等方面，因此我们假设二者之间可能存在着潜在的关联，并且借助这种联系能够把小规模群体表演动画的意图传递到大规模群体上，从而实现大规模群体动画的合成。要验证这样一个假设并实现动画意图传递这一目标，面临的首要问题是如何在运动特征相似的小规模和大规模群体表演动画之间建立群体运动演绎关系。 针对这个问题，本文提出了一种新的理论模型——群体运动对偶图，该模型不仅能够诠释运动特征相似的小规模群体动画和大规模群体动画之间的群体运动演绎关系，而且能够形式化地描述群体表演运动的时空变换，更为重要的是能够将小规模群体表演动画的时空变化信息传输到大规模群体上，实现了传递动画意图的目标。通过该理论模型的功能效果进行主观评价和客观评价，实验结果表明该模型是合理的和有效的，能够广泛的应用于各类大规模群体表演动画的合成。 (2)提出了一种启发式的群体运动对偶图构建方法 群体运动对偶图的构建过程融入了动画设计者的很多主观意图，它们决定了能否合成用户所期望的大规模群体表演动画效果，而计算机无法完全理解这些主观意图，因此我们在最初的研究过程中，采用纯手工的方式构建群体运动对偶图模型，然而这种方式包含的步骤繁杂，需要一定的实际经验，而且这个过程包含大量重复性的操作，当群体规模较小的时候，采用这种方式所耗费的时间和精力还能容忍，但是当群体规模变得非常大时，还是采用手工的方式无疑是一件非常痛苦的事情，因此需要一种半自动的算法来减轻大量无谓的手工交互操作。 针对这个问题，本文提出了一种启发式的群体运动对偶图构建方法，首先对表示小规模群体和大规模群体的离散点集分别进行一些预处理操作，手工构建部分实例，以少量数据来表达动画设计者的大体意图，然后学习这些意图，在自动构建群体运动对偶图的阶段，根据从实例数据中学习到的构建意图，在剩余的点集基础上自动地构建出群体运动对偶图。实验证明，相比纯手工的构建方式，利用我们的方法能够大大减少群体运动对偶图构建过程中的手工工作量，从而提高整个动画的创作效率。 (3)提出了一种多约束的大规模群体表演轨迹传输演绎方法 基于群体运动对偶图，能够将小规模群体表演动画中所蕴含的时空变化信息传输到大规模群体上，也就是说能够将动画设计者在小规模群体表演动画上创作意图传递到大规模群体上，然而第一章的研究结果表明，由于这两类群体队形结构固有的差异性，这种意图并不能完美的在大规模群体上呈现出来，此外，小规模群体表演动画中无法包含动作设计者所有的创作意图，很多创作意图还需要通过设置一些额外的条件来体现，比如要求大规模群体的某些个体的速度不能过快或过慢现象以及要求避免碰撞等，这些要求是大规模群体表演动画合成过程中必须要考虑的约束条件。 针对这些问题，我们在本文提出了一种多约束的群体表演轨迹时空传输演绎方法，把动画设计者的创作意图以约束的形式表示出来，进而把群体表演轨迹的时空传输演绎问题转化成一个多约束最优化模型，求解该问题能得到大规模群体的表演轨迹，同时该模型融入动画设计者的诸多要求，最终实现了对大规模群体的灵活编辑和控制。 (4)设计并实现了一个高效的大规模群体表演动画合成系统Mass PerformanceAnimation Synthesis V1.0。 大规模群体表演的合成是一个需要诸多手工交互参与的过程，那么如何仅通过少量的交互，即可快速地合成大规模群体表演动画。为此，我们在本文中设计并实现了一个高效的大规模群体表演动画合成系统。该系统着力于进行群体表演动画的设计和编辑，主要关注二维场景中群体表演轨迹的合成，融入了多约束的群体表演轨迹传输演绎算法，用户仅需要少量的交互，就可以便捷的构建出群体运动对偶图，进而快速的合成大规模群体表演动画。该系统具有广泛的项目应用背景，已经成功应用于三维戏曲动画合成技术研究项目。此外，该平台具有一定的可扩展性，能够为虚拟排练、培训教学等群体表演动画合成应用提供思路和原型系统，也将为交互式的群体表演动画合成研究奠定坚实基础。 群体表演动画的创作是一门艺术，动画设计者在动画制作的过程中追求的终极效果是人物角色的逼真感和舞台环境的真实感。为了实现这个目标，需要对材质、贴图和灯光都要良好的渲染效果，实时的渲染方法无法达到这些要求。为此，在本文中我们还提出了一种基于pbrt的大规模群体表演动画并行渲染方法，而pbrt是采用光线追踪算法的离线渲染器，可以增强真实感渲染，我们在此基础上扩展出了用于大规模群体表演动画的渲染模块，利用此方法，既能保证大规模群体表演的动画渲染质量，又能保证渲染效率。