对流体现象的仿真模拟是计算机图形学中的一个重要研究方向，在许多领域尤其是电影、游戏中有着广泛的应用。在这些应用中，除绘制出具真实感的流体动画外，有时还需要以艺术化的手法来描绘流体的运动，即非真实感风格的流体动画。相对于光线追踪等照片级真实感绘制算法，非真实感绘制技术的目标是生成艺术化的风格化效果，例如传统中国画，卡通动画等，其绘制速度要快于真实感绘制。 目前非真实感流体动画的生成需要依赖大量的交互操作，而本文的研究目的是用计算机进行基于物理的流体模拟并自动生成非真实感风格的流体动画。涉及基于物理的流体模拟、非真实感风格绘制技术以及两者的结合，实现了流体模拟系统和非真实感流体动画生成系统，在研究中提出了一些新的方法，主要成果如下： (1)应用紧致差分格式在交错格存储策略上数值求解Navier-Stokes公式，将空间求解精度提高到四阶。本文将高精度的紧致差分格式应用在了采用交错格策略求解Navier-Stokes公式的过程中，将空间上的数值求解精度由中心差分格式的二阶提高到四阶，并采用了ParticleLevelSet方法实现了对液体运动界面的追踪并重建成三维网格模型序列。 (2)提出一个基于三维模型锐化滤波的轮廓线提取算法。通过数字几何处理的算法将三维模型表面的高频部分进行放大，突出模型的表面特征使得提取的模型轮廓线相比于锐化之前的原模型能够表现更多的三维模型特征。经过本文的锐化算法处理后的轮廓线提取效果也能够表现基于曲率的内部特征线提取的效果，而无需曲率的相关计算，从而在保证特征提取效果的同时减少了计算量。 (3)提出了模型表面特征线的平滑和优化算法。针对特征线提取结果中的弯曲和噪音现象，我们首先提出了一个特征线段的拉普拉斯平滑的算法，对弯曲的特征线段进行处理，可以起到平滑特征线的效果。然后将提取的特征线构成无向加权图，通过图论的方法去除特征线提取过程中产生的噪音。实验结果表明该方法对特征线能够起到有效的平滑和优化作用。 (4)提出了一个基于GraphCut分类算法的特征面片提取和渲染算法。典型的三维模型非真实感风格图片的生成是通过提取三维模型特征线、对特征线进行建模形成特征笔画再进行绘制的方式完成的。本文提出一个直接形成三维模型特征面片的算法，通过GraphCut算法将模型表面的顶点区分为特征点和非特征点两类，将特征点连接即形成特征面片。再通过各种纹理映射策略生成风格化的艺术效果。相比于已有的非真实感绘制算法，该方法能够表现模型表面的更多细节特征，取得较好的艺术化绘制效果。实验结果表明，在P42.4G和512M内存的实验环境下对100k三角形的三维模型能够达到接近15fps的绘制速度。 (5)提出了基于模型表面特征的风格化渲染算法。本文提出了一个新的非真实感渲染算法，采用纹理映射的策略，通过模型表面的曲率特征控制纹理坐标并对纹理进行采样，能够较好的描述模型的表面特征，同时生成类似水墨画的非真实感渲染效果。由于采用纹理映射机制，该渲染算法实现简单快速，并能生动地表现模型表面特征。实验表明，在处理100k三角形的三维模型最高可以达到25fps的绘制速度。 (6)提出一个改善非真实感流体动画时间连贯性的算法。时间连贯性是非真实感动画生成过程中需要保持的重要性质，未保持时间连贯性的非真实感动画会导致诸如笔画的闪烁等现象。时间连贯性的保持算法相关研究较少，并且已有的算法都无法处理变化模型绘制的动画中的时间连贯性问题。为保持非真实感流体动画的时间连贯性，本文提出了通过粒子的运动找到帧间的连贯性关系，实现了一个时间轴上的拉普拉斯平滑算法，以保证时间连贯性。本文将该算法应用于基于模型表面特征的渲染算法生成流体动画，实验表明，采用本文的算法对各帧进行处理后，可以有效保持非真实感动画的时间连贯性，改善笔画的闪烁现象。