计算机动画是伴随着计算机硬件和图形算法的高速发展而形成的计算机图形学的一个分支，计算机动画所生成的是一个虚拟的世界，虽然画面中的物体并不需要像真实世界中那样真正去建造，但要满足动画师随心所欲地创造虚幻世界的需求，计算机动画必须很好地完成造型、运动控制和绘制三个环节。如何对复杂物体进行建模、如何在物体运动过程中控制并保持物体的体积、如何实现大规模场景的快速绘制是其中的难点和热点问题，本文针对这些问题开展研究，力求对现有的方法有所改进。本文首先综述了计算机动画中的关键技术及现状，对造型、运动控制和绘制的主要方法进行了介绍并对与本文方法相关的研究现状进行了重点分析。造型是计算机动画的第一步，基于图像的造型是一类生成复杂形状的技术。光度立体图像建模技术在图像建模领域中具有较大优势，但其算法理论和实际应用都有待完善。本文对光度立体技术从运作方式、性能特点、基本原理和流程进行了分析，针对研究的热点，对高光模型的应用、鲁棒建模算法的优化、快速搜索算法在光度立体领域中的再加速等技术进行了探索，提出了针对T-S光照模型使用共轭梯度逼近求解的算法；提出了使用多图像进行非散射像素区域的剔除和替换方法；使用制作金字塔图像的方式，以对数的时间复杂度对光度立体建模中的关键步骤“高维法向量搜索”进行了加速。当需要对物体做变形方面的动画时，需要考虑在变形过程中保持物体的体积不变。本文在隐式曲面的运动控制方法的基础上，给出了隐式曲面运动控制中的体积保持流程；利用metaball密度函数的特性，结合区间分析提出了一个快速而准确的判断立方体与曲面是否有交的标准，并根据这一判断标准，通过递归分割给出了快速体积计算方法，应用于隐式曲面的体积保持。大规模场景的快速绘制技术是提高动画真实感的关键，本文在实时绘制中的外存技术的基础上，提出了一个基于内存映射文件和多线程技术实现的缓存和按需装载的框架，给出了利用内存映射文件技术来管理内外存之间的数据调度方法，利用多线程技术实现具有优先级的异步装载，数据预取和动态置出；并提出了一种专门针对GPU和CPU体系结构中缓存层次结构特点的离线几何数据排布优化方案，使得显卡性能得到进一步挖掘，预取和缓存工作自动完成。路径规划也是计算机动画里一个重点，本文分析了常用路径规划算法，给出了一种基于八叉树的路径规划方法，并具体给出了场景预处理、连接图的构造、路径规划、路径平滑、摄象机速度和视角规划的方法。