群体运动是自然界尤其是海洋生态系统中最常见的景象之一。无论是在陆地上还是海洋中，群体运动都有一个共同的特点：生物个体的行为相对简单，但当它们集群后，就会表现出复杂的群体行为。近几十年来，由于影视动画、虚拟现实、计算机游戏等领域的不断发展，群体仿真也成为人们研究的热点方向。虽然群体仿真模拟在很多应用领域都涌现出了丰富的研究成果，但在海洋生物群体模拟方面，从群体仿真交互控制的灵活性、模拟的逼真度以及计算的有效性等几方面来说，仍不能满足人们的期望和需求。本文针对此研究背景，以虚拟海洋生物群体为研究对象，在计算机上对其群体行为进行实时的仿真模拟，采用骨骼蒙皮动画技术对海洋生物模型进行高精度仿真，设计海洋生物群体节点类及相关的属性框类，结合Controller机制对群体属性进行直观、灵活、高效的高层编辑和控制，最后将复杂的群体行为仿真算法在GPU中实现，利用图形处理器的并行性提高其计算速度。论文的主要工作及主要研究成果如下：（1）海洋生物模型仿真将建模软件制作的海洋生物模型转换成FBX格式，模型本身的运动由骨骼驱动，读取该模型中骨骼及蒙皮的相关数据，通过Controller机制实现模型的绘制。将骨骼动画繁琐复杂的计算在GPU中实现，提高模型的绘制速度，进而实现对海洋生物模型的高精度仿真。（2）基于GPU实现的群体算法分析研究群体行为模拟算法的运行流程和现代图形处理硬件的相关功能，对整个模拟算法进行分解，并将分解后的每一部分用着色语言编写成Effect文件，使整个算法流程能够在GPU中实现，进而减轻CPU的负担，进一步提高整个群体仿真时的渲染速度。（3）海洋生物群体仿真实时交互设计海洋群体运动仿真模型交互方案以及群体仿真中具体的行为控制，利用基于离屏缓冲区的屏幕拣选功能以及通过群体节点属性框往GPU实时传参，实现对选中的海洋生物群体属性进行灵活的控制和编辑，使海洋生物群体能够按照操作者的意图运动，进而实现对整个群体模型实时动态的交互控制。本文基于上述理论和方法，实现了一套完整的虚拟海洋生物群体仿真模型。实验结果表明，该群体仿真模型能够较为真实地模拟虚拟海洋中生物的群体运动，而且在个体模型精细度高、数量较大时具有较高的渲染效率，并能够满足实时性与交互性的各项要求。本文将骨骼动画的运算、群体行为仿真算法以及模型绘制都在GPU中实现，对大规模的群体仿真提供了一种新的解决思路。此外，本文的研究成果可应用于虚拟水族馆、海洋教学演示、海洋场景仿真等方面，具有较高的应用价值。