水墨画中华民族传统的绘画形式之一,是一种由水和墨经过浓度调配所画出的画。其别具韵味的视觉效果和东方独特的美学特征,使其在中国艺术史上有着不可取代的地位和不可估量的价值。随着在计算机应用技术与非真实感渲染(Non-Photorealistic Rending,NPR)的发展,将中国水墨画的艺术风格融入到三维渲染应用中已成为非真实感渲染研究领域的一个热点研究。实时水墨渲染的应用能够为创作独具民族特色的游戏和影视作品提供有效技术手段,对推动我国文化产业的发展具有一定现实意义。本文以利用三维模型数据实时渲染具有水墨风格的图像为目的,主要实现一种面向三维对象的水墨动画实时渲染方法,希望能够为制作水墨风格的游戏和动画作品提供技术支持。本文的研究工作主要包括以下几个方面:基于GPU可编程流水线的水墨风格着色,本文通过对水墨山水画的技法和艺术特征进行归纳总结,针对山体地形模型将水墨风格着色分为勾、皴、染三部分,基于传统GPU可编程渲染流水线设计实现了一套基于非真实感渲染的水墨风格着色方法,利用光照模型和三维模型的表面曲率对三维山体模型进行着色计算;另一方面,本文对基于渗流力学的纸墨扩散模型进行了研究,并利用该渗流模型进行水墨扩散模拟,实现水墨晕染的效果;最后,本文根据传统动画的实时渲染流程,结合水墨风格着色方法和渗流模型实现了一套水墨风格实时渲染方法。该方法先利用水墨风格着色方法直接绘制渗流模型所需的墨液信息,然后将墨液信息输入渗流模型进行水墨扩散模拟,从而生成具有水墨风格的渲染帧。本文提出了直接根据三维模型几何信息生成墨液信息的方法,并提出根据浓度将墨液信息分次输入渗流模型的方法来增强墨色浓淡的层次感。另外,针对单帧时间内墨液无法充分扩散的问题,本文在将墨液信息输入渗流模型前利用降采样和笔触遮罩等方法对墨液信息进行快速扩散处理。