中国水墨画的计算机绘制是数字艺术领域一个具有挑战性的课题。为了将传统的水墨艺术风格引入到丰富的数字媒体世界中,促进国产游戏、动漫等产业的发展,本文针对中国水墨画的设色扩散与风格化绘制两个方面的诸多关键问题展开深入研究。首先基于颜色光学KM理论提出针对中国画设色技法的颜料仿真模型,建立标准水墨画颜料调色板,从而仿真实现多种颜料相调和以及多层颜料混合叠加所产生的丰富的颜色变化效果,体现出国画颜料中植物色与矿物色在扩散与混合过程中的不同特征。其次以菲克粒子扩散定律为基础,并引入爱因斯坦-布朗位移方程求解扩散方程的系数,推导出水墨及颜料粒子的粒径是影响扩散过程的重要参数。算法设计充分利用图形硬件达到设色水墨扩散过程的实时仿真绘制,解决了物理建模方法所带来的巨大计算量问题。然后针对古代画家名作的艺术风格重用问题,提出基于已有水墨画作品的风格化绘制技术。算法包括作品中对象的分割,特征信息的分析与提取,基于风格特征的三维渲染等。通过深入分析水墨风格差异成因,水墨对象的表达归纳为笔道特征(包括轮廓和内部特征线)、墨色特征(包括泼墨和没骨)、皴法特征。对已知水墨作品采用“无核”区域生长和区域合并相结合的图像分割技术,并改进区域合并与终止合并的准则,得到符合水墨特点的分割准则,从而提取出相对独立的水墨对象。对分割出的水墨对象的各个区域进行笔道特征、墨色特征和皴法特征的判别和特征信息的分析提取。最后提出3D水墨的多层渲染机制,使得基于风格特征的3D水墨渲染过程中,渲染方法的选择取决于特征分析的结果,不同对象可组合应用多种渲染方法。以此为依据并结合模型的表面特征指导三维场景的渲染过程,完成从特定水墨作品到3D场景的艺术风格再现。