中国水墨画源远流长,朴素抽象、富于暗示的画风,独特而鲜明的艺术特点,影响至日本、韩国、东南亚一带,在东方乃至全世界都自成体系,可以说是东方艺术的象征,中华文化的瑰宝。现今对传统绘画艺术进行仿真是计算机科学与艺术相结合的交叉研究领域,人们对传统绘画的模拟实现取得了令人瞩目的成绩,但是对于中国水墨画的仿真研究,现在仍然刚刚起步。中国水墨画笔法的灵活多变与水墨的丰富性,水晕墨染的反复重叠,在纸面上形成有独特艺术韵味的黑白构成。其纹理被法的渲染也和其他画种截然不同,有着独特的韵味和意境。现有的西画艺术仿真思路虽然在某些方面可以借鉴,但由于其艺术效果是面向西画艺术特征的,无法直接引入水墨画研究。因此,对水墨画进行仿真研究,无论在艺术还是在科学方面都有着深远的意义。本文基于长期的绘画实践,首先对水墨画的绘画媒介及其相互作用关系做出了科学的分析,总结出水墨画的成画机理,并对现今所采用的各种艺术效果的仿真算法进行了借鉴与研究。提出了水墨画仿真系统的建设目的以及目标,并对系统使用过程遇到的功能性及非功能性需求进行了分析。在需求分析的基础上对水墨画仿真系统进行了架构设计,分别对系统技术架构和功能架构进行了设计。系统的结构主要由:底层模型,中间绘制,交互式用户界面构成。并对压感笔支持的插件进行了设计。并详细介绍了系统中核心类的设计。在系统的具体设计实现部分,本文着重讲述以2D和3D两种方法,循序渐进的建立虚拟水墨仿真。在3D部分,采用三维建模及动画生成等多种技术,将真实物理模型与经验相结合,有效模拟水墨画中毛笔的运动及变形效果。笔触渲染采用辐射和向量两种墨的扩散模式,笔道绘制过程中引入二维图像变形方法进行顶点补偿,既保证笔道的连续性,又消除尖锐边界,优化了绘制效果。结果表明,模拟效果具有真实毛笔的质感,控制简单,交互良好,较为成功的实现了对水墨画典型艺术效果的绘制。最后,本文对水墨画仿真系统的应用情况作了简单介绍,并对系统进一步改进提出了建议。