虚拟植物的可视化是林业信息化的要素,也是实践数字林业的重要课题,虚拟植物的动态可视化与数字化展示在构建我国智慧林业、传播知识、弘扬生态中具有重要的现实意义。随着虚拟仿真技术、计算机深度学习、图形图像技术和三维扫描技术等信息技术的快速发展,虚拟植物的计算机模拟已经成为探索生物系统运行规律及验证假设的有力工具,从结构重建到形态模拟的相关虚拟植物研究体系也日趋完善。然而,观赏类花卉植物的虚拟仿真研究相对滞后,虚拟花卉植物因其种类多样性和形态复杂性,特别是复杂稠密的重瓣花卉成为计算机模拟仿真的一大难点。如何实现重瓣花卉植物的结构仿真与动态模拟,拓展其重建模型应用的广度和维度,成为论文的主要研究目标。由此,围绕这一研究目标,本文分析了现有虚拟花卉植物仿真中存在的问题和常用的技术手段,提出了基于点云数据进行三维重建和形态可视化的研究框架与可行方法,针对重瓣花卉的点云数据预处理、三维重建及动态模拟等关键技术进行了深入研究,并针对重建模型的应用型系统开发进行了拓展研究,主要研究内容如下:1、论文以重瓣花卉作为研究对象,以基于点云数据的花卉植物三维重建与动态模拟研发为总体框架(简称为DMSDA-PLANT),探究如何最为科学全面的从自然花卉中提取其生长数据,并形成数据信息的采集、提取、转化、重建及应用的科学化研发路线,最终实现科学数据信息引导虚拟花卉仿真的应用化研究框架。本框架体系可以最大化采集植物数据,最大化降低植物损害,最大化拓宽数据应用领域,特别是对于名贵稀有花卉植物进行数字化保护具有重要的现实意义,也是对于林业信息化理论研究的积极探索。2、针对重瓣花卉结构复杂、遮挡严重、点云重建困难的问题,提出了差异性定位法、曲线节点定制法、标记配准拼接法、分类式孔洞修复法、多量化样本采集法等一系列有效采集方法,以及点云数据预处理的技术优化策略,获取到基于阶段性样本结构的点云数据,形成科学而全面的花卉三维点云数据,为下一阶段花卉结构的真实感再现和动态模拟研究提供有力的数据支撑。3、针对花卉生长过程中阶段结构的追踪数据,提出基于点云数据的花瓣生长曲线提取与拟合方法。首先通过对重瓣花卉拓扑结构分析,采用局部特征面提取法对一个样本花瓣的五个生长阶段数据分别生成;其次对以上数据进行多项式拟合,并完成点云花瓣生长函数公式;然后通过自由变形算法对拟合的生长函数公式引入运行,实现花卉生长形变模拟;最后,采用真实感渲染技术构建出相似度较高、科学性较高的月季虚拟花卉模型,实现重瓣月季由数据模型向动画模型的应用转变。4、基于重建模型的系统开发与技术应用问题,验证DMSDA-PLANT框架的可行性,本文基于重建模型研发了交互技术不同、应用环境不同、受众目标不同的两款系统。一款是基于增强现实的可视化与交互技术,着重采用Unity3D和Vuforia建构系统的框架结构和交互技术,形成“美在指尖”AR移动端应用;另一款是基于全息影像可视化和交互实现,着重采用多通道输出与XML文件实现270°全息展示与交互,形成“花之影”柜体式展示系统。将三维重建的月季模型进行不同技术的应用开发,不仅满足了用户多层次的观赏需求与交互体验,还最大限度地实现了对虚拟花卉植物全方位、多维度的可视化表达。