虚拟作物将农业科学和信息技术相结合,应用计算机模拟作物的器官、个体、群体在计算机上的生长发育情形,对现实作物的形态结构生成逼真的三维植物个体或群体模型,有着重要的研究意义和广阔的前景。本研究以小麦为对象,基于已有的小麦结构功能模型及可视化系统,研究小麦器官的几何建模技术、真实渲染制技术以及个体和群体的碰撞检测技术,进而基于VC++和OpenGL库,研究小麦可视化中光照阴影渲染技术,并设计和实现了器官、个体和群体的碰撞检测和响应算法,研究结果为虚拟小麦研究提供了技术支持。光照是小麦生长发育最具有影响力的环境因子,在阳光下小麦总会在自身或地面或其他小麦叶片的器官上投下斑驳的阴影,是小麦十分重要的视觉特征。本文对小麦阴影的生成及绘制技术进行了研究,并针对使用NURBS曲面对小麦进行建模的方法的特点,在传统的阴影映射算法基础上,采用深度偏移的方法解决无法生成正确的小麦叶片阴影图以及自遮挡的问题,基于GPU以及百分比靠近滤波实现了对小麦软阴影的模拟。分析了当前阴影算法的适用性,提出使用深度偏移来解决生成小麦阴影图时的光斑现象,比较了应用传统阴影贴图法与基于GPU和百分比靠近滤波的软阴影对小麦阴影的生成效果,以及不同滤波核对生成小麦阴影效果的影响。针对小麦器官在组装成个体过程中的交叉现象,设计并实现基于包围体层次树技术和碰撞检测算法。对于小麦的不同器官,本方法先利用OpenGL对叶片的NURBS曲面进行分格化,利用获取三角形数据,对所有三角形构建包围体层次树结构,以包围体的相交检测结果来判定三角形是否相交,最后判定叶片是否相交；对较为直立的茎秆和麦穗以其形态参数构建单个包围体,同样利用分离轴定理来判定其相交状况；对小麦植株单茎,以不同器官的最大包围体为根节点,使用最长轴分割法建立单茎的包围体层次树进行不同单茎之间的碰撞检测；对小麦植株群体使用四叉树空间分割法来分割不同单茎所在的空间位置,减少单茎之间的相交检测。最后,对叶片使用不同的包围体层次树算法进行了分析比较,并对发生碰撞检测的器官和个体实现了有效的碰撞响应机制。实例分析表明,本算法可有效地应用于小麦个体和群体可视化中,对于提高小麦形态可视化的真实感具有重要意义。