虚拟植物是指利用计算机和可视化相关技术将植物在虚拟空间中结构的发育与生长过程进行仿真、并以三维图像进行展现的技术和方法。它是数字农业和智能农业的重要内容之一,也是农业信息化技术的重要组成部分。因此,对它的研究,具有重大的理论意义和现实意义。由于虚拟植物的研究涉及到计算机、数学、农业和生态学等多个学科的知识以及其本身的复杂性,使得目前的研究成果跟实际的应用之间还存在着较大的差距。比如,植物的生长规则难以提取、植物器官的构建对设备的依靠性较强且构建过程较复杂、虚拟植物的建模方式无法表示植物生长过程的连续性等。针对现有系统和构建方法的局限和不足,本文围绕虚拟植物生长过程的构建方法及关键技术进行了研究。论文在对分形理论与方法深入研究和分析基础上,将二叉树、图形图像学及异速生长模型等理论与方法引入了虚拟植物三维生长过程模型的构建研究中,使其能提取分枝植物的生长规则、较快速对植物叶片进行仿真以及表现虚拟植物整体生长的连续性,并以三维的方式在计算机屏幕上对植物的生长过程进行再现,为虚拟植物的研究提供新的思路与方法。论文的主要工作包括以下几个方面的内容：1.虚拟植物三维分枝结构的规则提取。在二叉树的相关理论的基础上对其进行扩展,提出类二叉树,并用类二叉树来简化分枝植物的生长规则。结合三维L系统方法,对提取的规则进行系统化和规范化。从而建立完整的分枝植物的生长规则。2.虚拟植物叶片库的建立。通过对植物叶片的三维形态特征的提取,结合图形图像学的方法与理论,提出了基于图像与L系统相结合的植物叶片形态特征重构的研究方法,实现植物叶片的快速仿真。3.虚拟植物的动态三维生长过程的仿真。利用时控L系统来描述植物的拓扑结构及生长连续性的条件,依据异速生长模型和植物生长函数描述植物根与冠的生长关系,构建基于时控L系统的虚拟植物生长三维结构模型,对PlantVR平台的虚拟植物构建规则进行改进,并进行仿真实现。