自然景物模拟是计算机图形学的重要研究课题之一。树木作为自然界常见的景物,可以增强虚拟场景的真实度和沉浸感,目前已应用于许多领域,包括虚拟仿真、植物学、建筑学、计算机动画和影视作品等。树木具有复杂的拓扑结构和几何形态,不仅不同种类的树木存在差异,而且同类树木之间也各具特点,因此,通过人工建模花费时间长,且构建的树木模型非常复杂,从而导致应用范围受限。所以,如何在树木模型的构建过程中兼顾效率和真实感成为图形学亟待解决的重要课题之一。近年来,随着图形硬件水平的快速提升,树木模拟技术不断深入。国内外研究人员通过研究树木的生长特性和外形特点,提出了许多树木模拟算法。根据建模技术的不同,主要分为基于图像的方法和基于启发式的方法。基于图像的方法是通过单张或多张图像蕴含的三维信息和先验知识重建树木模型。这类方法生成的树木较真实,但对输入的图像要求高,不易获得满足算法要求的树木图像且对生成模型的控制有限。基于启发式的建模方法不需要获取真实树木数据,实现相对容易且应用广泛。本文首先阐述了树木模型的两种曲面构建方法,分别是基于隐式曲面和基于参数曲面的建模方法,对两种方法在树木建模的应用进行了分析。根据实际需要,选择基于参数曲面的方法作为树木曲面绘制的方法。根据树木的递归结构,设计了一种递归的空间资源竞争算法来构建树木模型,既能通过空间资源点的分布控制树木的全局结构,又能利用递归过程控制树木的局部结构。采用贝塞尔曲线优化树木骨架,通过圆台建构树木枝干几何模型。结合带有alpha通道的纹理和四边形来构建复杂度低且真实的叶子模型。提出叶序和阴影传播算法相结合的方法,合理控制叶子数量。针对树木渲染的复杂性,提出利用不同渲染方法渲染枝干和叶子,兼顾视觉效果和效率。将阴影计算独立于渲染方程,使得可应用独立的阴影技术,为了克服阴影贴图技术的缺点,采用梯级阴影贴图技术绘制树木阴影。最后,通过仿真实验呈现了算法效果,通过设置不同参数,构建了松树、小叶榄仁、杉树和灌木等树木模型,并且生成的树木具有植物学特性,以及可以合理调节树木叶子数量。通过与L-系统和空间殖民算法生成的树木模型进行对比分析,表明该方法绘制的树木真实感强,不仅能有效避开障碍物生长且数据量小。