虚拟植物(Virtual Plant)是指利用计算机技术模拟植物在三维空间中的生长发育过程,主要以单株或多株植物为研究中心,以植物的形态结构为研究重点,在计算机上进行模拟仿真。随着科学技术的不断进步,人们对虚拟植物的研究已经经历了从经验走向机理、从理论走向实用的发展过程。如今,虚拟植物生长的建模方法可分为两个方面:一种是单纯地只考虑人的视觉效果的生长建模;另一种是以植物的生态生理和结构特征为基础的植物生长模拟。由于植物的构造机理、与环境的交互作用以及自身的生长过程都非常复杂,因此一般都是从单一环境因素来研究植物的生理建模。本文主要研究单一环境因素——光对植物生长过程的形态变化及生理影响,建立了一种植物与环境交互的光照模型,提出了一种光影响下的植物生长模拟方法,并利用计算机技术动态模拟虚拟植物与光照之间的交互过程,逼真地实现了植物的向光性,主要工作如下:①阐述了植物在环境因素影响下可视化建模的理论意义和应用价值,介绍了虚拟植物生长模拟和可视化研究的国内外研究现状。②考察了植物与环境之间的相互作用关系,分析了环境作用因子中温度、水和光对植物的形态结构和生理特征的影响及其作用特点。③根据光对植物的作用特点,构建了一种光照模型,提出了一种光影响下的植物生长模拟方法,并详细阐述了该方法跟踪光线并计算光辐射能量的具体过程,分析了植物生长模拟过程。④结合开放式L系统的思想,研究实现了一种虚拟植物可视化建模平台OOPLANTS,阐述了该系统的设计思想与应用目标,探讨了系统中的关键性技术,并在该系统平台之上实现了植物向光性的可视化建模。⑤最后,对论文的工作进行了全面总结,分析了论文工作的优点及不足,并对未来提出了展望。