随着计算机技术的快速发展与广泛应用，很多学科的工作者都借助计算机进行研究。虚拟植物是一门交叉学科，它借助于计算机模拟植物的形态结构及生长发育过程，探索植物生长发育的规律，寻找提高农作物产量的方法。而叶片是植物主要的光合器官，其生长规律对光能利用、干物质积累等有着重要作用。用数学方式描述植物叶片、以及真实模拟植物叶片是虚拟植物的热点问题。利用数学参数对植物叶片建模，因为理论和方法的限制，至多进行近似描述，建立的叶片模型具有较差的真实感。只有结合叶片特征参数才能构造出逼真的叶片模型。通过图像处理技术获得叶片特征可避免人工测量的复杂度，故基于这项技术的叶片建模方法是相关领域的热点问题。本文以生物学实验采集的照片为依据，通过图像处理获得叶片主要特征，根据叶片特征和受光面积构造叶片三维模型，所做的主要工作如下：1.通过直接处理彩色图像准确测量叶片面积。对于采用图像处理方法准确测量叶片面积的问题，提出通过改进的Snake模型提取叶片轮廓，在轮廓链码表基础上计算面积的算法。该算法首先对传统Snake模型进行改进，使它准确的适用于彩色图像：定义一种HSI空间的颜色梯度作为Snake的外部能量函数，并且将提取出的角点作为初始轮廓的顶点，通过算法增加或减少顶点来设置Snake的初值；然后，利用改进的Snake模型提取叶片轮廓；最后，在生成的叶片轮廓链码表基础上计算面积。结果证明了该算法与Image J软件中计算叶片面积的方法相比精度更高。2.对叶片轮廓进行精确几何建模。对于基于图像的植物叶片二维真实感建模问题，采用三次均匀B样条曲线插值拟合植物叶片轮廓特征点的算法。该算法首先提取出标本叶片图像的角点作为特征点；然后采用三次均匀B样条曲线对特征点进行初步插值拟合；最后根据拟合误差采用改进的节点插入算法反复迭代，直到达到逼近精度为止。与一般方法比较，此方法可以用更短的时间实现逼近精度，而且模拟效果更好。采用L-系统模拟叶脉，在生成的叶片轮廓内部添加叶脉。3.在上述工作的基础上，考虑叶面积指数LAI对大豆产量的影响，构造大豆叶片三维模型。对于利用图像构造大豆叶片三维真实感模型的问题，提出一种以面积为约束条件的三维叶片建模方法。该方法采用上述算法从二维图像中提取叶片特征点和叶片面积，然后采用双三次均匀B样条曲面插值特征点进行建模，并且根据叶片边缘卷曲形态对网格模型进行变形，构造叶片卷曲模型，分别计算不同卷曲模型的最大光照面积，从而选择最优的模型。实验证明，该方法能构造出逼真的叶片模型，并且具有一定的生物学意义和实际应用价值。