中国水墨画的计算机仿真研究,是计算机图形学和中国水墨画艺术发展的交汇点,无论在科学还是在艺术层面,都有着深远的意义和影响。扩散和叠加效果是中国水墨画中最重要的艺术效果之一,也是仿真课题中最有难度而且尚未攻克的难点之一。本文提出一种基于物理建模的水墨模型,提供了一条解决该难题的新思路。该水墨模型包括两大部分:扩散效果模型、物理仿真模型。前者深入探究了扩散现象的自然规律,从物理学角度分析了扩散载体的纤维结构以及扩散粒子的运动机制,从而总结出扩散效果具有的典型特征,和基于统计结论的墨色分布曲线图。为本文奠定了理论基础,并且树立了仿真目标。后者是从水墨扩散实体和过程中抽象出主要属性和行为,建立仿真模型,最终得到扩散效果模型中的扩散效果。物理仿真模型是本文的核心,主要包含三部分:纸模型、扩散模型和设色模型。纸模型模拟了宣纸的纤维结构,它以纸元为基本单位,由纤维团和纤维束构成,同时加入了结构纹理和背景纹理的影响,构成水墨运动的载体。扩散模型以粒子扩散方程为基础,充分考虑水扩散对墨扩散的推进和制约作用,建立了一套水墨扩散机制。将墨扩散分为动水墨扩散和静水墨扩散,引入扩散临界量和扩散阈值,分别对启动和停止条件进行控制。另外,扩散模型加入水蒸发,来加速扩散的终止过程;墨沉积过程的引入,一方面模拟了墨粒子粗糙造成纸的过滤作用,更重要的是使得单笔扩散和多笔叠加能够统一模拟。设色模型将KM模型引入水墨画仿真领域,用来计算彩色墨粒子的混合颜色,以及嵌入背景纹理,从而完成水墨效果的计算机显示。本文是对过程的仿真,而不仅仅是对表层效果的仿真,这使得扩散效果图更真实。本文引入了多个参数,对扩散过程进行各个方面的控制。通过调整这些参数,就可以实现千差万别的扩散效果。