日光温室作为典型的节能园艺设施,能够较好地利用可再生能源太阳能实现中国寒冷地区蔬菜的长年供应,但随着温室产业的发展目前仍然存在温室太阳能利用率低、机械化水平不高等问题。为解决上述问题,许多学者利用仿真模型对温室结构进行优化,并提出东西垄向的栽培模式。然而,在仿真优化过程中多以空温室为研究对象,忽略了作物的存在,且东西垄向栽培同样存在光分布不均等现象。基于上述问题,以作物群体光截获为评价指标,系统地探究日光温室的最佳采光结构参数,并在此基础上明确东西垄向宜机化栽培作物替代传统南北垄向栽培的可行性及相应的植株配置是十分必要的。为此,本研究利用栽培试验结合虚拟仿真的研究方法,以目前应用最为广泛的第二代节能日光温室及种植面积较大的喜光作物甜瓜为研究原型,通过对实验日光温室及其内部处于成熟期的甜瓜作物几何结构及光学物性参数的实际测定,结合虚拟天空模型实现三维虚拟日光温室的重现及光仿真模型的构建,对日光温室朝向、脊高、后屋面水平投影、垄向、植株配置等参数进行定量研究并得出以下结论:（1）通过对比实验日光温室内部墙体、地面以及作物不同冠层高度冬至日全天实际测定的太阳辐射强度数据与相应位置的光仿真数据对模型进行验证,得出各个位置光截获数据的拟合度R~2最小值为0.9472,说明模型准确度较高。（2）以沈阳地区第二代节能日光温室为例,将温室内部维护结构获得最大光截获量为评价指标,模拟得出适宜的温室朝向应为南偏西8-10°,为使温室内部作物群体获得最大光截获量,温室朝向适宜范围为南偏西4-6°。最为常见的9 m跨度、2.9 m后墙高度的日光温室适宜的脊高为4.9 m,后屋面水平投影范围为1.6 m。（3）在相同栽培密度下,以第二代节能日光温室为例,模拟甜瓜植株群体光分布规律,得出东西垄向宜机化栽培模式可替代南北垄向的传统栽培模式的结论。最适宜的甜瓜植株配置为东西垄向大垄双行,垄间距120 cm、行距40 cm、株距38 cm。综上所述,本研究得出的模型能够高分辨率地仿真分析日光温室作物光环境,可用于日光温室结构参数及作物垄向等配置参数的综合优化,为日光温室的改建及甜瓜作物种植策略提供理论指导及科学依据。