对传统绘画艺术进行仿真是计算机科学与艺术相结合的新兴的研究领域,随着图形学的快速发展,人们对传统绘画尤其是油画、水彩画等西画艺术品系的模拟实现取得了令人瞩目的成绩,但是对于东方画系的中国水墨画的仿真研究,还处于起步阶段。毛笔是最重要的绘图工具之一,中国水墨画正是依靠了毛笔笔法的灵活多变和水墨的丰富性,留下斑斑迹相,在纸面上形成有艺术韵味的黑白构成。因此,以毛笔模型的研究与设计为基础来展开工作,是水墨画仿真行之有效的方法。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,然后归纳了毛笔的特性、主要运动方式及各种笔法,对毛笔的模型体系进行合理的抽象与划分,提出以2D和3D两种方法,循序渐进的建立虚拟毛笔模型。在3D虚拟毛笔模型中,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。实验结果表明,该模型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。另外,本文还综合已有的水墨画仿真成果,构建出一套完整的水墨画仿真模型体系IWDSS(Ink Wash Drawing Simulation System),用户使用压感笔在数位板上作画,随着位置、压力的不同,便可在虚拟宣纸上轻松绘制出具有水墨韵味的艺术作品,有较高的实际应用价值,填补了国内外空白。