Единственный пожалуй нормальный вариант: WebGL +
полифилы для легаси браузеров или фэлбэк для flash.
По поводу же мобильных устройств - то либо писать нативные клиенты либо просто забить.
Вообще задача интересная, но сложная (учитывая, я так понимаю, что с 3D графикой и анимацией вы не работали) и кропотливая. Можно взять three.js, к которому есть массы статей и по скелетной анимации персонажей, и вообще по деформации объектов.