随着计算机硬件和软件系统的飞速发展,特别是可编程图形卡及着色语言的功能日益完善和强大,对自然景观的实时渲染成为计算机图形学领域的一个研究热点。而种类繁多的树木是自然景观的重要组成部分,因此,对树木的建模表示与实时渲染也一直被众多的研究者所关注。对树木形态结构的模拟在影视特效、计算机动画与仿真、视频游戏等领域有着广泛的应用前景。因此,研究快捷、有效的算法来模拟树木具有十分重要的意义。本文以实现具有真实感的树木形态结构为主要目标,重点研究新的快速高效的树木建模与渲染方法。研究工作主要集中在以下三个方面:第一,以L系统为基础,设计了一种树木的建模方法,用户只需输入一个随机参数,即可生成一个树木模型,交互简单,并设计了一种文件结构来存储树木模型。第二,设计了一种能使树枝光滑连接的细分方法,将树木枝干细分成一系列三角形,保证了枝干系统的连续性,实现了树木枝干的快速渲染。第三,改进了传统的替代物渲染技术,设计了一种面向GPU的叶簇渲染架构,实现了2.5维替代物渲染技术,并根据叶簇形态的不同,分别实现了阔叶树和针叶树的渲染。最后,使用Visual C++和OpenGL设计了一个树木的生成器和一个树木的渲染器,实现了树木的建模与渲染,并用shadow map方法实现了树木阴影的渲染,能够产生树叶在树枝上的自阴影效果。程序的运行结果表明,本文所设计的算法是正确的,并取得了较高的渲染效率和良好的视觉效果。