自20世纪80年代以来,非真实感渲染(NPR)逐渐成为计算机图形学的研究热点之一。不同于追求照片般效果的真实感渲染,非真实感是指用计算机生成具有手绘风格图形的技术。迄今为止,相关领域的研究人员已经研究出大量非真实感渲染技术用以模拟画图或画图需要的物理材质,如钢笔画、水彩画、木炭画、铅笔画等。其中实时铅笔画是一个重要分支。本文研究的内容是将3D网格模型实时渲染成铅笔素描效果的技术。本文首先分析了非真实感渲染的形成,主要技术及应用领域,着重指出可编程硬件在非真实渲染中的作用。在准备工作中,本文给出了3D网格模型的格式,然后分析并实现了卡通渲染和阴影线渲染。本文的铅笔渲染技术借鉴了卡通渲染的轮廓检测技术和阴影线渲染的TAM思想。在分析铅笔画特点的基础上,本文将这些特点加入到渲染过程中,并在GPU上得以完全实现。对于物体轮廓,本文根据G-buffer思想,研究并实现了基于图像空间的轮廓检测及绘制。为了模拟手工绘制,对轮廓进行了周期扰动和多重渲染。对于内部着色,本文将铅笔笔画纹理按照主曲率方向旋转并映射到物体表面。为了体现铅笔与纸张的交互,本文实现了特定的纸张纹理与内部渲染结果的融合。本文最后给出了实时铅笔素描画生成的系统架构以及GPU上的渲染流程。实验结果表明了本文的铅笔素描画渲染技术的可行性和有效性。