计算机图形学是计算机科学的一个重要分支领域,是研究利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理和算法的学科。而图形学中非真实感渲染技术是重要的一部分,其目标是利用计算机模拟出油画、素描、漫画等特定的艺术风格或者创新风格效果。通过非真实感渲染技术,能够自动生成特定的艺术效果,大大减轻了传统手工制作上的时间与经济成本。中国水墨画作为中华传统文化的瑰宝,以其独特的绘画形式与写意风格成为世界艺术领域中不可或缺的重要部分。对于中国水墨画效果的非真实感渲染的研究,旨在解决传统绘制方法的成本问题,利用计算机技术自动地生成中国水墨画的渲染效果,并保持其由传统方式绘制出的写意效果与神韵。其成果能够运用于动画、游戏、教育等领域,对于传统文化与现代技术的结合发展与弘扬水墨画这一艺术形式方面有着积极而深远的意义。传统的水墨画效果的非真实感渲染通常由两个部分组成,轮廓线的渲染与内部着色的渲染。其中轮廓线的渲染部分一般分为轮廓线提取、笔触纹理映射和晕染模糊等步骤。内部着色部分一般分为基础光照渲染、色阶阶梯化、滤波模糊等处理。最后,将轮廓线渲染和内部着色渲染部分相结合形成最终的水墨画效果。本文通过研究中国水墨画的艺术特点,然后在已有的中国水墨画非真实感渲染研究的基础上,进行了改进与创新,研究出一套将三维模型实时自动转换为二维水墨画效果的方法。本文采用的方法主要是利用OpenGL的GPU图形渲染技术完成,在实现上使用GPU并行的处理架构,采用可编程的着色器语言以提高实时渲染帧率。本文在传统方法的基础上进行改进与创新,以增加显示结果上的丰富与精细度,使得最终渲染结果的相似度与真实感更进一步。在轮廓线提取部分,本文的创新点首先是通过曲面细分对模型进行预处理,其目的是为了增加模型的精细度,也提升了后续轮廓线提取的准确率与渲染效果。然后是通过OpenGL的几何着色器提取与扩展渲染轮廓线,利用几何着色器能够提高提取效率并且更加自由地扩展与调整轮廓线的粗细等显示效果,大大增加了渲染的灵活性。然后在内部着色部分的创新是根据基于PCSS原理的分层滤波以产生不同浓淡墨色效果下的晕染程度。最后采取噪声纹理以模拟粗糙边缘效果,目的是模拟出毛笔边缘的毛躁效果,使得最终效果更加逼近真实。