自然环境模拟在当代社会生产、生活各领域应用广泛,尤其在视频演播、农业生产、军事国防和教育教学等行业尤为突出,树木建模是自然环境模拟领域中的重要研究内容之一。建立逼真的树木模型是拓宽树木模型应用范围的关键所在,因此得到了学术界和产业界的广泛关注。国内外学术界对建模方法有着很多研究成果,但这些方法基本局限于自相似算法或迭代算法,构建出的树木模型形态单一,无法和真实的树木形态相一致,难以表现出树木对象在自然界中受外力作用后的形态特征或运动轨迹。如何建造逼真的树木模型并且能够再现树木在自然界中摇曳、断裂的真实形态是树木建模研究亟待解决的热点问题。本文首先对树木建模的研究意义和现状进行了分析和总结。然后,针对树木静态模型和动态模型,在数据结构、建模算法、对象受力分析和碰撞处理等方面提出了新的建模方法,建立了一套行之有效的算法。这些方法能够有效的提高系统数据存储能力和响应速度,增强树木真实感、准确描绘出对象运动轨迹,从而能够快速建立自然界中真实的树木模型。本文对树木建模的关键技术进行了深入研究,包括特征单体建模；单体组合消隐；确定树木各组成部分的断裂极限值；风、雨作用于对象的受力分析；确定断裂、摆动幅度的运动轨迹。涵盖了数据结构、建模算法、对象受力分析和碰撞处理等关键问题。本文工作包括以下几个方面：(1)利用拓展二维半算法构建用于实体建模的简单标准体、复杂标准体、简单变形体和复杂变形体模型。由于半维信息包含多种单体变化信息量,数据库中只需存储和单体模型相关的特征信息,即端面信息和半维信息即可。使得存储数据量小,查找特征量迅速,能够快速构建单体模型。(2)利用消隐算法将构建的单体模型进行组合,逐步搭建树木静态模型。通过“凹凸体”转换,将所有相关的单体全部转化为凸体后,分析两个相关单体“碰撞面”交线的相交情况,判断出两个面片是平行或相交的关系。通过“体—面—线”逐步转化的判定方法,确定两个“碰撞面”相交位置及消隐部分,据此将两个单体组合。利用此方法建立的模型真实感强,形态逼真,能够表现出树木的真实形态。(3)构建树木动态模型中的材料模型。在完成树木静态建模的基础上,考虑到树木处于自然界,经常受到风、雨等自然现象的作用,产生断裂或摆动的效果。为了描绘出这种动态效果,需要计算出树木各组成部分的断裂极限值,通过此数值与外力值相比较,得出对象断裂位置或摆动的情况。(4)构建树木动态模型中的气候模型。在确定各部分的断裂极限值后,需计算出外界因素作用于树木对象的冲力。风和雨是自然界中最常见的自然现象,本文利用风速和风向值来定义矢量风,建立风模型。讨论风力、雨滴力垂直或斜向作用于树木对象情况,利用动量定理将风速与对象体积、密度等特征建立联系,得到作用于对象的冲力,确定受力对象的运动轨迹。(5)构建树木动态模型中的运动学模型。树枝、叶片等树木各组成对象受到外力作用后,产生断裂或摆动的情况。通过坐标,判断断裂对象在断裂后的运动过程中与其它对象发生正碰或斜碰,求解出碰撞力和碰撞时间这些特征量,确定碰撞后断裂对象的运动轨迹、被碰撞对象是否断裂或摆动的情况,准确描绘出对象的运动轨迹,建立树木在自然界中的运动学模型。本文从树木建模算法角度出发,针对树木建模的关键技术展开研究,如数据结构、建模算法、对象受力分析和碰撞处理等,提供了高效、完整的树木建模方法,再现自然界中逼真的树木形态。