非真实感图形渲染能够反映三维形体的几何要素和设计风格，渲染效果具有特殊的艺术性。水墨渲染属于非真实感图形渲染的一个研究分支。以三维数据作为渲染的数据源是非真实感渲染发展的一个趋势，这使得非真实感渲染可以很好的利用三维图形渲染已取得的研究成果。近年来可编程图形硬件迅猛发展，为非真实感渲染的发展提供新的途径。在此基础上，本文关注于实时水墨渲染的研究，即在可交互的帧率下进行水墨风格渲染。 本文研究了如何在GPU可编程流水线上优化和实现原来依赖CPU进行的着色、边缘检测、模糊算法、粒子系统等基础技术，并在研究的基础上讨论两套水墨渲染和交互系统，即“基于可编程流水线的水墨画效果实时绘制系统”与“基于粒子系统的书法书写仿真系统”的具体实现。 “基于可编程流水线的水墨画效果实时绘制系统”是本文利用先进的可编程图形流水线技术，结合多种纹理贴图技术、纹理函数技术、边缘评估算法、模糊和描边等多种图像空间内的后期处理算法，所实现的以三维模型为数据源的水墨风格生物三维动画的高效率实时渲染系统。本文还提出了渲染方法库的思想，提升了系统扩展性。 本文利用CPU、GPU配合并专门为墨滴优化实现了一套粒子系统，并结合纹理混合技术来实现书法书写字迹仿真。“基于粒子系统的书法书写仿真系统”是在全三维模式下的交互系统，利用鼠标实现用户交互，鼠标按键、位移方向和位移速度控制墨滴的走向和浓度等参数，实现了书法书写的虚拟仿真。 本文实现的两套系统，都采用实时渲染方式，利用Directx 9.0实现。系统都设计有配置模块，用户可根据需要对场景和系统进行配置，并可实时调整视角。实验表明系统的运算速度都能够满足交互系统的实时性需求。