三维角色动画的应用日趋广泛,涉及到了包括影视特效,视频游戏,虚拟现实等各种领域。角色行为的控制一直是一个研究重点,它影响了整个动画的质量。本文设计并实现了一个可供虚拟角色进行自动控制,并可与环境真实交互的角色动画系统。它的主要功能模块包括以下三个:首先,将角色设计为一个拥有十六个关节的铰链式对象,使其成为整个动画的载体。此外结合第三方开源物理引擎ODE实现了角色在物理真实感方面的交互能力。这种动力学动画生成机制可以生成许多在物理上十分真实的角色动画。其次,将比例微分控制器的原理从工作控制领域移植到角色动画的控制领域,实现了可用于控制角色动作的动力学控制器。而且,通过对人体动作的分析,设计出了多种基于PD控制器的角色动作控制器。这些控制器主要分为手部动作控制器,腿部动作控制器,全身动作控制器三类,它们以插件形式开发,可根据需要进行扩充,形成一个丰富的角色动作库。最后,设计并实现了一个基于有限状态机的角色行为的自动控制方法。在该控制方法中,行为就是一个有限状态机,它包含了包含状态,转换和事件在内的各种元素,一起形式了一个用来控制角色的逻辑思维。其状态下的动作生成器是该模块的一个重点,它包括修饰型生成器和混合型生成器,这两者以其强大的功能来使角色在一个状态下可以产生出许多的不同的动作。另外,动作生成器可以综合利用外面导入的运动捕获动画和本系统已经设计出的各种动作控制器。本系统可以让用户完全从无到有的设计出一个角色行为逻辑。用户完全以可视化的方式对逻辑状态图进行创建,并且在角色模拟的时候也可以对控制参数进行修饰,以实时控制角色的行为。另外,角色的行为逻辑与角色是相互独立的,已经创建好的逻辑可以通过导入和导出的方式实现行为逻辑的复用。相较于关键帧动画与运动捕获动画的交互性差的特点,基于动力学控制器的动作控制方法在物理真实性上很大的提高了角色与环境的交互性。本文提出的基于有限状态机的行为自动控制框架,它能够综合利用各种动画形式的优势,产生出复杂且高效的角色动画。