随着计算机图形学的发展,对植物建立模型并动态地模拟植物生长、死亡等生命活动已经成为虚拟现实和可视化领域的研究热点。由于植物的生长发育是一个非常复杂的过程,它不仅取决于物种自身的生理特性,而且还受到光照、水分、温度等自然因素的影响。如何采用可视化技术实现植物器官形态结构及生理结构的生长变化过程仿真是计算机图形学领域中一个十分富于挑战性的课题。本文选择树叶这个典型的植物器官作为研究对象,通过对树叶在自然环境影响下的几何形态和纹理颜色变化的可视化,较为真实地模拟了树叶的枯萎、老化过程。为了准确地展现虚拟植物叶片的渐衰过程,本文首先建立树叶的三维几何模型;在已有叶片几何模型的基础上,引入质点—弹簧模型模拟树叶枯萎、老化的几何形态变化,进一步,运用马尔可夫链模型模拟树叶在不同温度、水分环境下的纹理颜色变化;最后,为了验证本文所用方法的有效性,设计开发出了树叶的渐衰可视化系统,对树叶在不同环境参数条件下的生长状况进行模拟,通过直观的可视化方式展示了树叶的老化、渐衰状况。因此,本文的研究内容主要包括以下四方面:1、树叶的三维建模:在基于图像的树叶建模方法的基础上,采用基于交互的关键点获取和带约束的Delaunay三角化算法,得到树叶的三角网格模型,实现对树叶的建模。2、树叶的三维变形:考虑到植物叶片的物理生理特性及环境因素的作用,采用基于质点—弹簧模型的变形算法,实现树叶在枯萎、老化过程中的几何形态变化。3、渐衰过程中树叶纹理颜色的变换:本文采用基于马尔可夫链的状态转移模拟树叶的渐衰过程,马尔可夫链的状态转移函数包含了影响树木生长的的两大环境因子:温度和水分,从而实现在不同环境条件下树叶纹理颜色的变换。4、树叶渐衰可视化系统:本文最后设计开发了融合环境影响因子的树叶渐衰可视化系统,用仿真结果来验证本文所采用方法的有效性。