传统卡通动画因其强大的表现力和非常丰富的艺术内涵，在今天仍然深受人们的喜爱，有着非常广阔的市场前景。但卡通动画的制作方法主要依靠动画师手工绘制大量的动画帧来完成，其制作过程非常繁琐和费时，制作周期长，成本高昂。为此研究如何利用计算机来自动生成类似手绘风格的卡通动画不仅有重要的理论意义，还具有非常高的应用价值。　　本文主要研究卡通风格特效动画的若干关键技术，针对卡通动画中的流水、海浪、溅水、焦散、尾波、沿岸流等常见的流体对象以及裂纹和破碎现象，研究其相应的过程式模型和自动生成算法。这些模型不仅能实时自动生成卡通动画，还能通过高层次的参数指定来根据场景需要对动画进行调整和定制，实现多种特效动画。本文的主要研究内容和贡献如下:　　1.提出一个允许与物体交互作用的卡通流水和海浪的动画模型。流水模型采用网格作为底层结构，网格根据流域和障碍物变形;设计各种基本卡通水波形状，然后在纹理空间上对它们进行绘制和组合并映射到网格上让其随网格变形，实现流水波形和障碍物所在区域的碰撞检测，根据碰撞检测结果触发障碍物附近的浪花波形。在海浪模型中将流水模型扩展到三维场景，利用Gerstner模型构造三维海面，提取波峰线并投影到纹理平面作为位置参考。将海浪纹理绘制到纹理平面上，然后映射到三维海面。该过程式模型既能表现卡通流水、海浪与障碍物的碰撞，还能很方便的对流水、海浪的运动速度、破浪间距以及浪花大小进行参数化调控。　　2.提出一个三维卡通溅水动画模型。首先构建溅水喇叭形曲面的母线方程，然后旋转得到溅水曲面。根据手工绘制溅水的形态特征构建溅水的动态纹理并映射到溅水曲面上。空中零散的水花则用少量控制点和样条曲线拟合其形状，然后分类布置在溅水曲面的周围，并用Billboard技术绘制各种水花。该模型生成的溅水动画既保持了手工绘画的特征，又把卡通溅水扩展到三维空间，并能通过参数调整控制溅水效果的激烈程度。　　3.提出水面焦散、船的尾波和沿岸流等卡通特效的过程式模型。因为这些卡通特效在外观上都呈现出类似于Voronoi图的不规则网格形状，我们采用Voronoi图作为它们的底层模型。相关的动态控制通过分别设计基于底层模型的不同规则实现。这些模型可以让用户通过少量，高层次的操作实时生成与手绘效果类似的卡通水动画。　　4.提出一种自动生成卡通破碎动画的方法。它以二维手绘卡通物体图片作为输入，然后将其恢复成具有深度和厚度信息的2.5维模型，用Voronoi图作为破裂动态纹理并映射到2.5维模型上。裂纹在模型表面扩散，裂纹逐渐变宽，直到裂纹扩散到整个模型表面时，模型被Voronoi网格分割成若干碎片，碎片按简化的物理模型下落并堆积到地面。该方法可以为多种手绘物体生成卡通风格的破碎效果，但相比于复杂的手绘过程，该方法只需要用户进行简单的参数指定，大大节约了时间和成本。