虚拟植物是指以一定的植物形态结构模型和生理功能模型为基础,利用虚拟现实技术在计算机上重构植物的空间几何结构以及生长发育过程。虚拟植物研究具有很高的应用价值,不仅可以将自然界中植物的生长发育过程在计算机中逼真的再现;还可以实现农业信息化中的精确农业和持续农业建设。对于虚拟植物研究的模型有多种,但是建立一个忠实于植物学的虚拟植物模型,一直是虚拟植物研究的核心领域之一。论文以忠实于植物学理论为出发点,根据植物茎生长规则,首先利用L系统模拟植物的细粒度生长过程;同时在此基础上,分析并应有了基于“虚拟器官”的植物生长建模技术,并以此为模型,建立植物顶端优势的功能模型。论文主要的工作包括以下几点:①分析了虚拟植物的国内外研究现状;详细阐述了L系统理论模型及其扩展;分析并研究了各种扩展L系统的特点。②提出植物茎生长过程的细粒度仿真,该方法归纳植物轴的细粒度生长过程,把茎的生长按分生区、伸长区、成熟区三级结构的划分依次迭代,同时结合复合L系统仿真植物的几何形态结构。对植物分生区设置三种侧芽因子提高植物生成不同器官的可控性。实验证明,该方法可以实现植物茎的细粒度生长过程,并提高L系统的效率。③研究了基于“虚拟器官”的建模技术,将植物轴的三级结构划分应用于虚拟器官的建模技术上,实验证明不仅改进了基于“虚拟器官”的建模技术,而且解决了L系统的不足。④根据植物生长的顶端优势作用机理,基于“虚拟器官”的建模技术和植物轴的三级划分的方法,模拟植物生长的顶端优势。通过实验证明论文的研究成果能够对植物功能有所帮助。