虚拟植物是以计算机技术为中心，建立在植物学、生态学、应用数学、信息科学和计算机学、可视化技术等基础上的多学科交叉研究。它是以植物个体或群体为研究对象，对植物的几何形态、拓扑结构以及植物的生长发育过程进行仿真与模拟，量化其生物学特征并在三维空间中进行计算机可视化模拟的过程。近年来，虚拟植物的研究已经越来越引起大家的重视，该研究方向也从非常窄的研究边缘登堂入室，成为众多学者和研究人员关注的热点。虚拟植物不仅是农业数字化和智能化的重要内容之一，也是农业信息化的重要组成部分。随着生物学技术的不断发展和计算机图形学的不断进步，虚拟植物的研究不仅在数字农业领域得到了广阔的发展和应用，也为计算生物学的研究提供了有力的支撑；同时，在以视觉效果为目的的商业、教育、计算机辅助设计、娱乐、园林设计等领域也得到了迅速的发展。因此，基于植物形态的建模方法研究对植物形态的高效模拟，再现自然界中植物的逼真性，丰富虚拟植物建模方法等方面都具有重要的使用研究价值和深远的意义。本文基于L-系统方法，应用和开发生物学实验数据，针对虚拟植物形态的建模方法开展研究，采用Logistic生长方程和B-样条曲线对植物的动态生长和弯曲特性等进行计算和可视化模拟，取得了较为理想的效果。具体来说，本文的研究工作主要包括以下五个方面：1.虚拟植物形态建模方法的深入研究和分析以山东省系统生物学重点实验室为依托，通过对自然植物特性的分析，深入研究植物形态建模的理论基础和表达方法，确立明确的研究线路和研究方向。2. L-系统与虚拟植物形态建模L-系统作为一种并行字符重写系统，在虚拟植物形态结构的表达上具有优势。因此，应用L-系统表达植物的拓扑结构和几何形态，并结合实际的生物学实验数据，构建植物的表型形态，再现植物的生长过程，不仅是对L-系统的丰富和发展，也为生物学研究提供一定的支撑。3.三维空间上植物分枝的弯曲表示B-样条曲线具有平滑连续、局部可控等优点。因此，在三维空间中，按照L-系统的理论和方法，采用B-样条曲线表达植物枝条的弯曲形态，再现植物的自然特征，方便观察者从不同的角度观察和分析植物的表型特征，具有更加逼真的立体视觉效果。4.植物生长过程的动态模型与量化计算采用Logistic生长方程，符合植物生长的统计特征，对植物生长的动态过程进行量化和模拟。基于L-系统的表达方法，以植物生长节点为初始状态，计算植物的株高和分枝长度，并结合数据库技术设计动态的数据结构和算法，实现虚拟植物形态的模拟。5.实验仿真与应用采用面向对象的设计方法，设计相应的程序模块和数据结构，结合改进的L-系统方法和数据库技术，实现不同植物的形态模拟。以常见的大豆植物作为实例，进行了相应的实验仿真。本文扩展了L-系统的基本理论和应用，丰富了虚拟植物的建模方法，并在植物生长的量化计算和动态可视化模拟等方面都具有一定程度的创新。