针对传统水墨画绘制艺术修养高、批量生产难等问题,应用分形理论对“竹”等非完全规则事物的数字化模拟,将分形几何学与计算机图形学相结合,实现分形体的可视化和模拟自然景物。通过对基于L-系统、粒子系统的“竹”三维仿真模型的构建,实现了“竹”的三维仿真及其群体形态分布,并提出采用随机插值法开展中国水墨画效果仿真研究及模拟实现,主要进行研究内容和得到的结论如下:①针对“竹”的自然结构特征改进了传统基于分形算法的L-系统建模方法,提出了一种新型L—系统“竹”的三维模型构建算法,实现了“竹”的单轴分支、合轴分枝、弯曲形态、干叶渲染、整体形态等模型算法的建立及其图形绘制,并采用位移映射技术解决了“竹节”模拟的难点。模型的实验结果验证了该算法的合理性和实用性,能够逼真的模拟出“竹”在自然界中的形态及特质,为植物的仿真提供了一种新的解决思路。②结合基于分形算法的粒子系统模型的基本原理及三维“竹”的仿真模型,对传统粒子系统模型的随机分布算法进行改进,使随机分布的粒子在整体分布上打破了规则的矩形形状,更真实地模拟出“竹”群的各种不同分布形态,从而提出了一种新的模拟“竹”群分布形态的仿真算法,得到了合理性和实用性的验证。该算法也可用于其他植物群体生长方式的仿真绘制。③基于层次细节LOD技术,提出了一种以植物投影在视平面上的面积作为等级控制计算依据的植物形态系统的控制算法,使视觉重要度大的区域拥有较高的分辨率,以利于准确选择合适的精度对植物进行绘制,该算法在植物群体实时仿真优化的应用结果中表明:仿真过程的渲染精度较高、处理速度较快,视觉效果良好。④提出将随机噪声函数、插值干扰函数等引入水墨画的仿真中,构建了在分形算法中采用随机函数(柏林噪声)的水墨画效果仿真模型,在墨竹画的仿真绘制中表明:本新算法具有较好模拟水墨画的浓淡,渗透和飞白等艺术效果,能较好表现水墨画水晕墨染的韵味。通过对三维“竹”的仿真、“竹”群分布形态的模拟、墨“竹”画效果的实现等从真实感模拟到非真实感艺术化仿真过程的研究,首次系统地提出了基于分形算法的三维“竹”和墨竹画仿真绘制模型的构建方法,为其他植物的仿真建模及其非真实感仿真绘制提供了理论依据及技术参考,为不完全规则事物建模及其非真实感仿真绘制提供了一种新型的解决方案,并为传统绘画艺术的数字化、规模化提供了科技支撑,为数字艺术领域的深入研究与发展提供了参考,具有重要的现实意义。