三维树木模型是虚拟地理环境的重要组成部分。与一般的地理实体相比,树木处在不断生长的过程中,因此三维树木建模也应顾及其动态性。L系统作为一种常见的树木形态发生模型,它一方面可以模拟真实树木的几何拓扑结构,另一方面可以与生理生态模型进行耦合进而模拟树木的动态生长,是当前三维树木模型研究的重点。但由于现实树木枝干数据采集困难且L系统规则生成过程复杂,难以达到快速、真实地提取现实树木枝干的L系统规则的效果。针对该问题,本文设计了基于真实树木枝干点云、支持参数化随机L系统文法规则生成的树木枝段模型,并在此基础上提出了模型构建的方法与参数化随机L系统规则自动生成的方法。本文的研究内容与成果主要包括:(1)面向L系统的树木枝段数据模型的设计通过对L系统原理以及模型相关树木学原理的解读,提炼出“枝段”这一基本结构单元,并总结出枝段对象的模型参数。模型功能通过“真实树木——树木枝干点云——树木枝干骨架线——树木枝段”四个阶段实现,综合过程中涉及到的数据对象建立概念模型,并给出逻辑表达模型与物理存储模型。相比于传统树木结构模型,该模型不仅可以储存真实树木枝干的形态数据,而且搭建起了真实树木枝干与参数化随机L系统规则的桥梁。(2)基于图像序列的树木枝段模型的构建围绕目标树木拍摄足够的树木图像序列,并将图像序列生成树木点云,在此基础上生成树木枝干骨架线,从骨架中提取树木枝段作为参数化随机L系统规则提取的基本单元,测量、计算模型关键参数,填入模型数据库中。实验证明,利用该方法构建的树木枝段模型的拓扑结构与真实树木相同,重要参数数据与实测数据相比,精度较高,是一个值得借鉴的枝段模型构建方法。(3)L系统规则的自动化生成方法对树木枝段模型的构建结果进行图形解析,将其划分为树木枝段单体的组合,对目标树木枝干进行公理、产生式和参数的实例化规则生成,最后对特殊枝段和离群值进行枝段编辑,实现L系统规则的自动化生成。实验证明,该规则自动化生成方法便捷有效,能较好地还原树木枝干的几何和拓扑结构,且枝段编辑方法可以作为补充,加入人工干预达到树木枝段细节部分的修改的目的。通过讨论,L系统方法建成的树木枝干延展性强,可以实现纹理添加和器官的精准定位、与植物生理生态模型耦合、差异化批量建模。本文提出了基于图像序列的现实树木枝干参数化随机L系统建模方法。该方法从图像序列中提取树木枝干的几何拓扑特征,将特征参数填入将真实树木几何拓扑参数与参数化随机L系统相联系的模型中,在此基础上自动生成参数化随机L系统文法规则,并进行枝干的编辑及可视化。研究结果表明,该方法可以真实、高效地生成树木枝干L系统规则,且可用于批量大场景差异性树木建模,为快速、准确地建立形态逼真且符合树木生理过程的三维树木生长模型奠定了基础,并为完成虚拟地理环境的构建做出基础性工作。