随着计算机图形学及真实感绘制技术的不断成熟,非真实感绘制以图像的风格化为目标区别于真实感绘制已成为计算机科学与艺术相结合的一项热门研究领域。非真实感水彩画的绘制是该领域的一个研究分支,同时还有钢笔画、水墨画、国画、卡通画等等。其中重现水彩画是该领域内最难最复杂的工作之一,因为在水彩画绘制中颜料和水在纸张上扩散和变干的过程中,会产生柔和性、透明性、发光性和其它多方面随机的变化,但这种复杂性能反映出自然影响的相互作用,也是用手绘达到不了的效果。所以,非真实感水彩画的模拟仿真过程是一个复杂却很有意义的过程。论文的研究目的、研究方法及创新点在于:(1)为实现比较理想的水彩画效果,通过分析和研究非真实感水彩画的绘制方法及特征,提出一种新的模拟水彩画的方法,该方法是基于图像处理的非真实感绘制方法,根据输入原照片或图像提供的重要信息,对其进行五个连续的操作步骤:分别是边缘检测、边缘暗色化、颜料扩散、流动图案处理、纸张纹理实现等,同时实现了水彩画绘制中两个最基本的绘制技术(即湿到干和湿到湿的绘制)所表现出的水彩画独有艺术效果,使最终产生的非真实感水彩画更加接近于传统水彩画的效果。(2)针对传统水彩画颜料扩散过程及扩散特征,提出八领域内加权平均的扩散算法,代替传统的四领域内的简单扩散算法,实现了较好地水彩颜料扩散效果。另外提出一种基于多结构多尺度彩色形态学的非真实感水彩画模拟方法。在实现水彩画的边缘暗色化及流动图案等特征的过程中,结合彩色形态学的开、闭、膨胀和腐蚀算子理论,设计一种新的环形、圆形与菱形相结合的多结构元素。另外采用不同尺寸的多结构元素及多空间尺度的图像特征,选取在不同的颜色模型内进行操作,最终实现了非真实感水彩画的有效模拟。(3)在非真实感水彩画的模拟仿真中,每个模拟过程所选用的颜色模型不合适时会严重影响整个水彩画的模拟效果,甚至会出现图像的失真现象。通过分析研究水彩画的主要特征及不同颜色模型的特点,选取在RGB和HSV颜色模型内分别进行水彩画边缘暗色化及流动图案和颜料扩散算法的实现,可以得出更好的水彩效果。最终实验表明,采用本文方法实现了水彩画边缘暗色化、颜料扩散、流动图案以及纸张纹理等特征,再现了非真实感水彩画的独特艺术效果,非真实感水彩画的模拟效果比较满意。