微型仿生机器鱼因其具有体积小、驱动性能高、噪声低、灵活性好和适应性强等诸多优点,目前已成为机器鱼研究领域的热点问题。在其研究过程中,利用虚拟现实技术的三维仿真系统,扮演着重要的角色。它可以降低机器鱼研发过程中的不可预见性和风险性以及研发的费用,缩短研发的周期。本文以实验室自主开发的ICPF驱动的微型仿生机器鱼为原型,开发了用于避障研究的微型仿生机器鱼三维仿真系统。首先,研究了在OpenGL中借助3DMax三维建模工具和PolyTrans文件格式转换软件建立机器鱼静态模型的方法。通过对机器鱼尾鳍摆动特性的分析,得到了机器鱼尾鳍摆动的离散方程,从而建立了机器鱼的动态模型。使用OpenGL的清屏和雾化等渲染特效,最终建立了逼真的仿真环境。然后,实现了环境逼真、功能丰富的人机交互界面,为用户提供了设置仿真环境、控制系统运行、多视角观察等功能,满足了用户的不同需求。接着,提出了一种模拟红外传感器探测障碍物特性的虚拟射线法。将机器鱼和传感器局部坐标系选为与三维仿真系统的世界坐标系一致,简化了虚拟射线法探测障碍物时坐标变换的计算难度。并且提出了基于包围球的球体类障碍物的探测方法和基于包围盒的柱体类障碍物的探测方法,解决了仿真环境中不同类型障碍物探测难的问题。通过设计包含两个转角模糊控制器和一个速度模糊控制器的复合模糊控制器,决策机器鱼的避障行为。由于该复合模糊控制器不需要建立仿真环境的模型,并且算法的复杂度低,因此,可以满足机器鱼避障的实时性要求。最后,在开发的三维仿真系统中,对多种障碍物环境中机器鱼的避障进行了仿真实验。结果表明本文开发的三维仿真系统能较逼真和可靠地模拟实际情况,提出的模拟传感器特性的虚拟射线法能全面地探测环境中的障碍物,设计的复合模糊控制器能有效地引导机器鱼从起始点无碰撞地到达目标点,且系统仿真环境炫丽、逼真,用户交互界面良好。