我国在水稻种植过程中农药使用广泛,因此研究如何优化农药的喷洒方式以提高农药的利用率具有重要的意义。然而,由于水稻在不同时期、不同株型的形态结构有着相当大的差异,利用田间实验的方式来优化农药喷洒方式不但工作繁琐、耗时长、成本高,且伴有湿度、风速等不确定的外部因素,无法较好的控制整体试验环境,因此必须寻找新的实验方法来代替的田间实验。近年来以自然景观为对象模拟的虚拟作物场景已经屡见不鲜,许多学者利用虚拟模型与物理结合模拟出逼真且有研究价值的虚拟作物。因此结合计算机图形学,利用虚拟模型模拟出不同品种的水稻在不同时期的株型,然后再基于物理规律模拟农药的喷雾场景并且研究两者的交互过程,从而快速、简便、准确地再现农药喷洒的物理过程。本文的主要工作如下:1、提出了一种基于粒子系统方法与光滑粒子流体动力学方法(SPH)的喷雾模型构建方法。先利用粒子系统来构建喷雾模型可视化效果,再利用光滑粒子流体动SPH方法模拟喷雾内部的物理规律。提出的这种方法不仅使得喷雾模型具有较好的可视化效果,且保持了喷雾场景的物理规律,同时还降低喷雾模型模拟所需要的计算量。2、提出了基于实验的方法模拟液滴与任意角度的叶片交互的过程,改进了前人基于实验得出的液滴与叶片交互过程的物理公式,将其从只适用于水平叶片推广到了适用于任意倾斜的叶片。此外还提出了一种新的液滴弹跳方向计算方法,可以比较真实地模拟液滴的弹跳行为。3、提出了一种基于GPU的骨骼动画的水稻形变方法。该方法将现有的水稻植株模型离散化为骨架与控制点,保留其原有拓扑结构,并且根据受力利用GPU渲染其形变效果,从而提高渲染效率并实现实时绘制。4、本文基于Unity5.4.0f3游戏引擎,采用C#语言编程结合UGUI框架实现喷雾与水稻交互场景系统,利用计算机图形学实现喷雾场景以及作物场景,并且利用GUI硬件加速技术实现场景的实时绘制以及漫游。本研究为雾场的建模,雾滴与叶片的交互,以及雾滴在植物冠层的沉积量计算提供了新的思路,也为群体植物场景与雾场交互的实时可视化绘制提供了技术参考。