随着计算机图形学和虚拟现实技术的蓬勃发展，虚拟场景的逼真程度越来越高，与此同时，借助虚拟现实仿真技术进行辅助培训可以不受现实中多种约束因素的影响，提高培训效率，因此虚拟仿真在各行业的应用也越来越广泛。在农业生产方面，果树种植因受季节，天气，种植周期，种植成本等众多因素的影响，在一定程度上制约了试验进度和人才培养进度。因此，利用虚拟现实技术仿真辅助果树种植中的部分实验和人员培训，可以节省大量的时间和人力物力消耗，已经成为农业信息化领域一个研究热点。　　本研究以现实环境中采集的真实照片为出发点，研究平面图像处理，三维模型重建以及三维空间交互等果树三维重构与虚拟整形修剪过程中的部分关键技术:在平面图像处理阶段研究图像的压缩和分割，为树木模型的三维重建提供有效的数据预处理;在三维模型重建阶段研究基于深度图像的树形结构自适应重建方法，建立果树三维模型，全面刻画果树植株形态特性、物理特性;在三维空间交互方法部分，研究虚拟整形修剪中的碰撞检测方法，以建立可支持整形、修剪和大尺度形变等交互式操作的实验系统，包括整形修剪的模拟训练与评分、方案规划和预演等模块。　　从基础的科学理论和典型的示范应用两个层面，开展基础科学与关键技术的研究，本论文的主要工作和贡献如下:　　(1)提出基于双层次遗传优化的稀疏求解算法(TGMP)。该算法利用树木图像的稀疏度和重构误差来设计优化模型，通过在不同噪音数据上的实验对比，验证了TGMP算法在稀疏度、重构误差和运行时间方面的优势。　　(2)提出了一种基于局部判别性稀疏表示(local discriminative sparse representation，LSDR)的超像素表示方法，该方法主要基于超像素在不同字典上的分布特点，解决了在树类图像分割中人工交互复杂且分割效果不佳的问题。　　(3)提出基于树木骨架和深度信息相结合的果树重建方法。利用深度信息进行骨架层次结构提取与对应树枝半径计算，并记录于均匀采样的骨架结点中，实现果树整体结构的重建。　　(4)提出动态相关性的碰撞检测方法，该方法利用场景空间与时间的连续性对交互式整形修剪过程进行碰撞检测，针对树木所特有的形态，使用包围盒与跟踪表相结合的方法对碰撞状态进行检测。　　(5)开发了一个基于果树整形修剪的实验系统，构建了基于纺锤形苹果树的整形修剪规则库和评分规则体系，通过系统测试验证评分规则的合理性与可行性。