动画是帮助人们理解事物的变化与联系的一种行之有效的手段。尤其是,在使用可视化进行数据探索、故事讲述（Storytelling）时,动画的使用可以让数据变得更加生动直观。可视化动画不但可以帮助读者跟踪图元的视觉变化并在图元前后状态之间建立联系,还可以有效地吸引并保持读者的注意力。因此可视化动画被广泛应用于各大主流新闻媒体和可视化平台（如纽约时报、卫报、FlowingData）。现有的可视化动画创作方式主要采用以关键帧、模板或编程为核心的创作手段。然而,这些方法目前存在很多制约,使得动画创作门槛过高、操作繁琐且缺乏可理解性,同时生成的动画表现力低且与数据感知的一致性得不到保障。因此,如何创建一个有效的且满足定制化需求的可视化动画是当今可视化领域中极具挑战性的问题之一。为了解决上述问题,本学位论文分别从动画的描述方式、可理解性以及动画创作的交互模式,这三个层面理解和探索可视化动画创作问题。首先,为了使用户能够采用数据驱动的创作形式,以简洁且精确的描述方式,创建具有丰富表现力的动画,本文将可视化动画的设计空间分成四个部分（目标、划分、时序和效果）,并提出一种简洁且功能全面的声明式可视化动画编程语法。其次,为了提高动画的可理解性以及降低交互成本,本文在对上述编程语法进行扩展和优化的基础上,设计实现了交互式动画创作平台。该平台采用了可以精确描述动画过程的视觉规范和数据驱动的动画自动补全机制。最后,为了进一步完善和优化该平台,使其具备更加自然、直观的交互,本文提出了支持绘制、手势、语音等操控方式的多模态动画创作模式。本文的主要贡献如下:（1）提出了一种数据驱动的可视化动画高级编程语言——Canis为了能够以数据驱动的形式,简洁精确的创建动画,本文提出了一种高级声明式语言Canis。该语言可以帮助用户快速构建数据、视觉编码、时序三者之间的抽象关系。支持以声明式的方式定义动画中图元分组、时间、效果等参数,从而创建更具表现力的可视化动画。最终Canis编码会被编译为支持跨平台高效渲染的动画编码格式。（2）提出了一种结合视觉规范和自动补全的可视化动画交互式创作平台——CAST为了增强动画的可理解性并进一步降低构建成本,本文设计了一种基于关键帧的用以精确描述可视化动画过程的视觉规范。该规范使用包括关键帧（组）、时间条、效果图标等在内的视觉组件表示动画核心参数。结合该视觉规范,本文设计实现了可视化动画交互式创作系统CAST。该系统使用优化后的Canis进行动画状态管理,并为用户提供对视觉组件的直接交互来调整动画声明。同时系统采用数据驱动的自动补全机制提高关键帧及关键帧序列的构建效率和准确性。（3）提出了一种基于多模态交互的可视化动画设计模式——M2-CAST本文为了提高动画创作过程的直观性与一致性,减小用户对目标动画的表达与执行之间的认知差距,在系统中引入了多模态的交互形式。本文首先设计实现了多模态交互的状态管理机制,充分发挥触控交互的准确性、直接性和语音交互的表达自由度的优势,实现优势互补。在此基础上设计并实现了多模态动画创作模式M2-CAST。使用户在创作过程中可以自由的选择交互方式对预期动画进行描述,无需借助模式切换、参数计算等间接交互手段。系统会自动识别绘制内容、指令等信息,自动生成相应的动画内容供用户后序调整和声明。