植被是地球上最复杂的生态系统,随着计算机图形学的发展,对植被生长建立模型并对其进行可视化仿真已经成为虚拟现实领域的研究热点。由于植被中植物的生长是一个非常复杂的过程,不仅受到物种自身的生理特性的影响,而且受到各种自然资源条件的影响,比如水分,阳光、温度、光照条件等,对大规模植被进行可视化需要考虑这些影响因素,同时选择合适的可视化技术,保证生成大规模植被的质量和效率。以往的研究中,虽然可以利用计算机图形学技术来生成大规模的植被,但是这些研究往往只注重生成场景的视觉效果,缺乏实际的物理模型指导。而在生物学领域,已经有大量的植物生长模型,这些模型的结果准确的反映了植被群落的生长演化和分布,而通常这些模型在植被演化结果可视化方面实现得过于简单。基于上述研究现状,本文的研究工作主要体现在三个方面:基于资源影响的植被生长模型构建,大规模植被场景生成和实时可视化。在基于资源影响的植被生长模型方面,对林窗模型的森林生长仿真建模方法进行分析研究,建立基于资源影响下的植被生长演化模型并生成示意植被生长分布的植被控制图;在大规模场景的生成方面,引入计算机图形学中的可控纹理合成技术,在上述植被控制图的指导下合成大规模植被纹理;在实时可视化方面,在可编程图形硬件(GPU)上实现了生成大规模植被的可控纹理合成算法。结合上述三个研究点,本文的主要研究内容包括以下几个方面:1、本文在研究林窗模型的基础上,分析对植被群落生长产生影响的环境资源因素,考虑植被中植物之间的竞争效应,建立基于资源影响的植被群落生长模型,构建资源影响下的大规模植被场景控制图。2、在植被场景生成方面,本文引入了计算机图形学中的纹理合成技术,结合植被控制图提出用于生成大规模植被的可控纹理合成算法,算法在合成时考虑了实际植被生长演化情况,取得了较为真实的可视化效果。3、针对大规模植被场景在CPU上合成速度较慢,难以达到实时的缺陷,本文进一步在可编程图形硬件上实现了上述可控纹理合成算法,大大提高了纹理合成的速度,实现了大规模植被场景的实时合成。4、设计并实现了大规模植被场景的可视化原型系统。通过对大规模植被场景可视化的要求入手,对系统整体流程进行了设计,合理划分了系统各功能模块,并实现了各模块的基本功能。