Marbling是一门在液体表面制作彩色流体状图案的传统手工艺术。对Marbling的仿真是计算机图形学领域中艺术模拟的一大组成部分。计算机仿真Marbling的研究对传播、继承和保护古老文明,弘扬传统艺术有着重要的理论意义和现实的应用价值。本文主要研究计算机仿真Marbling的若干关键技术,具体包括基于物理方法的Marbling仿真、基于图像及视频的Marbling风格化、基于数学函数方法的Marbling仿真、基于演化计算的Marbling图案设计。论文的主要研究成果包括：1.提出了一个快速、精确的Marbling仿真方法。该方法基于二维流体动力学仿真。首先,在时间和空间上数值求解经典的Navier-Stokes流体方程获得流体的速度场。然后,对密度场进行对流得到可视的Marbling图案。我们采用三阶稳定的USCIP对流模式和简单有效的转换函数使生成的图案颜色鲜艳、图案清晰精美。本系统基于CUDA平台求解复杂的流体方程,为用户提供了一个设计Marbling图案的实时交互环境。2.提出了一个实时自动的图像及视频Marbling风格化框架。首先,将输入图像从RGB颜色空间转换到CIE Lab颜色空间,对其中的亮度通道进行后续操作。然后,使用迭代双边滤波的方法逐渐构造出一个光滑、连贯的特征流场。最后,将获得的特征流场作为Navier-Stokes方程的力场,从而驱动图像进行流动并变形。由于图像沿着自身的特征流场进行流动,因此生成的图案不仅保持了Marbling图案的流体特征,而且也保持了图像中的物体形状。我们使用对流纹理坐标的方法避免图案出现模糊的现象。3.提出了一个基于数学函数方法的Marbling仿真技术。该方法将Marbling工艺中常用的滴管、刷子、尖笔、梳子、漩涡等操作抽象成对应的数学解析表达式。这些公式满足不可压缩流的特点,并且均是可逆函数。正函数用于生成矢量的Marbling图形,逆函数用于生成像素的Marbling图像。此外,本文方法在三维场景装饰、三维模型高清细节绘制、图像编辑和交互式视频处理方面都有广泛应用。4.将设计方法学和人工智能的遗传算法相结合,提出了一种计算机辅助Marbling纹理设计方法。借助于该方法,设计人员从繁琐的数学公式中释放出来,将精力放在对Marbling图案的评估和选择上,并引导生成符合设计师要求的图案。该方法生成的Marbling的图案满足纺织工业界矢量图形、无缝拼接、同一图案不同色彩搭配的需求。