虚拟现实(VR)是人类在探索自然过程中创造形成的一种用于认识自然、模拟自然,进而更好的适应和利用自然的科学方法和技术。随着软、硬件技术的发展,在虚拟环境中进行产品三维形状设计已经成为学术界和工业界的一个热点问题。通过虚拟现实技术,设计人员可以利用数字笔在虚拟的三维环境中直接进行产品的三维形状设计,而无须关心待绘制三维曲线的数学表达式。在虚拟现实三维草图设计环境中,传统的键盘鼠标控制方式无法满足系统对于交互高效性与自然性的要求；而基于三维笔手势的交互方式具有三维性、连续性、非精确性及隐含性等特点,能够实现人的认知空间和计算机计算空间之间的平滑过渡,从而有效地改善设计环境中的人机交互的瓶颈。本文正是基于此点,研究三维笔手势交互的核心技术三维笔手势的识别算法。本文的主要贡献如下：1)提出了一种基于多类别支持向量机的三维笔手势识别方法。其针对三维笔手势具有时序性与固定几何形状的特点,给出了一种简单、直观的笔手势特征定义方法；针对基于一对一或一对多策略的支持向量机在进行多类别分类时,特征空间存在无法确定区域问题,引入了多类别支持向量机。2)提出了一种基于隐马尔科夫模型的三维笔手势识别方法。其根据隐马尔科夫模型具有建模时序性数据的特点,利用正交投影将三维笔手势识别问题转换为二维笔手势识别问题,并结合多个隐马尔科夫模型对每个三维笔手势进行建模,最终进行手势识别。3)设计并实现了一套基于立体视觉的虚拟现实三维草图绘制原型系统,同时给出了一套简单、直观的三维笔手势定义。在原型系统上的实验表明,本文提出的两种三维笔手势识别方法能够有效的完成虚拟现实环境中的三维笔手势识别。