植物器官的颜色表达是植物内部生理机制与外界环境因素相互作用的结果，因此对植物叶色变化过程进行真实模拟是一个具有挑战性的课题，同时也是数字植物的重要研究内容。本文以黄瓜叶片为研究对象，基于生理生态因素对叶色变化进行建模与可视化仿真研究，具体开展了如下研究工作：提出了一种基于相对叶绿素含量的黄瓜叶片颜色仿真方法。通过连续对正常生长状态下的黄瓜叶片图像采集及相对叶绿素含量SPAD值测定，建立黄瓜叶片颜色分量与SPAD值的数学关系模型，结合叶片色素浓度分布图灰度值分布规律，对叶色空间分布进行仿真，实现了基于SPAD值黄瓜叶片表观颜色变化可视化模拟，获得了较好的真实感效果。提出了一种基于多种色素浓度的黄瓜叶片表观颜色仿真方法。通过对正常生长状态下的黄瓜叶片图像采集及叶内多种色素(包括叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素)浓度值测定，将每个颜色分量值与三种色素浓度值进行多元回归分析，建立了黄瓜叶片颜色分量与多种色素浓度值的数学关系模型，结合物理光照模型，对不同光照条件下、不同材质叶片因反射和漫射而产生的不同叶片表观进行可视化模拟，实现了结合植物叶片生理知识和物理光线知识的黄瓜叶色渲染，真实感较强。提出了不同缺素条件下黄瓜叶片表观颜色仿真方法。通过将扫描的真实叶片图像每个像素的颜色值与去色后的图像相应像素的灰度值进行拟合，构建了颜色分量R、G、B与灰度值及时间之间的函数关系，结合NormalMap技术，实现了不同程度缺氮状态下黄瓜叶片表观颜色分布变化仿真；基于已建立的颜色分量与灰度值及时间控制系数之间的函数关系，通过对叶脉颜色设定相关约束，利用BumpMap技术实现了不同缺钾状态下黄瓜叶片颜色分布变化；另外，通过引入噪声及混合技术实现了不同程度的黄瓜缺磷叶片表观渲染，得到了不同程度缺磷状态下黄瓜叶片枯死癍点随机扩散效果。