随着计算机图形学领域的不断发展,逐渐兴起了用计算机作为辅助工具来制作3D艺术风格游戏动画的浪潮。然而,繁杂的制作工艺使水墨艺术风格在数字世界中的重现成为一项挑战。针对这一问题,本文提出了一套基于水墨艺术作品的三维场景渲染算法,对于输入的水墨绘画分析其艺术特征,并传递给多层渲染器以实现水墨风格的场景渲染,从而快速地完成从水墨作品到3D场景的艺术风格重现。本文的算法由三个模块组成:水墨对象的分割与提取,水墨对象的风格特征分析,以及基于风格特征的多层渲染机制。水墨对象的分割与提取,是从艺术作品的大量风格信息中提取出独立的研究对象。算法采用无核区域生长和区域合并相结合的图像分割技术,并在此基础上改进区域合并与终止合并的准则,得到符合水墨特点的分割结果,提取出有效的水墨对象。基于对大量水墨作品的研究总结,本文将水墨风格特征归纳为笔道特征、墨色特征和皴法特征。风格特征分析模块,通过计算分割区域纵横比和基于灰度共生矩阵的纹理描述符,来实现对三种风格类别的自动判别。自回归模型和基于一致性搜索空间的多级纹理合成技术对笔道和皴法进行规则化处理,有助于采用二维映射技术的渲染过程。墨色特征采集灰度直方图统计数据来实现墨色分阶,并结合HSI颜色模型实现国画色的重现,展现了作品中丰富多彩的国画颜色。对应风格特征类别,多层渲染机制包括笔道渲染器、墨色渲染器和皴法渲染器。结合风格特征分析结果和模型表面特征信息来生成纹理映射图,并制定相应的映射规则,采用二维映射技术实现轮廓线的水墨效果渲染,避免了虚拟毛笔复杂的参数控制;根据墨色特征信息确定模型二维投影的灰度统计分阶点,结合提取的国画色特征,利用墨色映射方法完成墨色渲染,重现作品的用墨特征;结合皴法规则化纹理,采用基于面积等比约束的S-O两步映射算法实现皴法渲染,不但避免了纹理映射的拉伸走样问题,而且有效地保持了三维渲染的帧间连续性。此外,本文还考虑了水墨作品的构图特征,并为场景添加背景图。实验表明,本文算法成功实现了从水墨作品到三维场景的风格重用,能够很好地保持水墨风格的一致性,达到风格重现的目标。