水墨画作为中国的传统绘画艺术,一直是我国非真实感研究的重点,在二维空间的水墨风格模拟上已经取得了丰硕的成果。近年来,随着三维显示技术的不断发展,人们开始关注三维空间内的水墨风格模拟。目前,大部分三维水墨风格绘制的研究都是针对既有的三维动植物模型模拟水墨效果,在地形生成方面的研究甚少。本文通过对中国传统山水画的学习,以及对国内外关于水墨风格模拟成果的大量研究,把研究的目光放在三维地形的写意水墨风格绘制上,设计了一种基于程序灰度着色的水墨风格渲染方法,可以容易地观察到地形变化时的水墨变化效果。本文的研究包含两个模块：地形生成处理模块及水墨风格渲染模块。在地形生成和处理模块,先使用随机数生成器在限定的阈值内生成规则网格模型的高程值,再使用Catmull-Rom样条插值算法实现地形平滑。在传统Catmull-Rom算法的基础上,本文提出了一个改进的Catmull-Rom样条插值算法,通过将插值结果传递到同一曲线的几个对应点,得到一个较为平滑的地形,虽然改进的Catmull-Rom样条插值算法在平滑度上稍逊于原算法,但在生成的顶点数上远少于原算法,减少了未来着色处理中的顶点运算量。在水墨风格渲染模块,本文分别按照高程值、漫反射强度值计算初始颜色值。具体到色阶划分当中,设计了两个色阶划分方法——单向过渡的色阶划分和双向过渡的色阶划分法,分别应用到三维地形,先后完成了轮廓线和内部融为一体的效果、轮廓线和内部分离的着色效果。在程序实现时,本文避免了纹理映射的过程,通过程序灰度着色完成墨色渲染。最后,基于对水墨意境的考虑,本文引入了雾化,成功实现了水墨山水云雾飘渺的效果。