镶嵌画是由小块图元紧密排列而形成的一种艺术图案,镶嵌画模拟的核心问题在于如何生成大量小块图元的紧密型分布。本文针对此问题展开研究,提出了一种能够快速合成多种形状图元紧密型分布的方法,从而实现形式多样的镶嵌画效果模拟。本文方法的基本思路是:基于Voronoi图对分布区域进行小块分割,每一个分割的小块恰好代表一个图元所占的空间,从而实现图元的紧密型分布。本文方法的创新之处在于:生成Voronoi图的过程中,在传统欧氏距离度量的基础上,引入了其他四种不同的距离度量标准,通过使用不同的距离度量标准来控制所生成的Voronoi多边形的形状,从而可以实现五种不同形状图元的紧密型分布。另外,本文还给出方法,可以在Voronoi图生成的过程中,对Voronoi多边形的尺寸和方向进行控制,生成具有尺度及方向变化的图元分布,从而模拟出富有变化的镶嵌画效果。更进一步,本文将算法应用到了图像风格化领域,能够自动提取图像特征,将任意一幅图片转化成镶嵌画样式。此外,为了提高合成速度,本文将耗时的Voronoi图生成过程转化成为一种图形绘制流程,由此借助GPU的并行计算能力对合成过程进行加速。实验结果表明,本文方法可以实现圆、椭圆、正方形、矩形及三角形这五类形状图元的紧密型分布,合成效率可达交互,合成结果图元覆盖率较高,效果较好。该项工作在镶嵌画艺术风格的模拟方面具有很好的应用意义,同时也是对图元紧密型排列这一科学问题的探索,具有一定的科学启发意义。