虚拟植物是利用虚拟现实技术模拟植物在三维空间中的生长发育过程,同时在计算机上显示,并对人们的生产生活产生影响。由于植物的生长周期较长,而环境、光照、水分和养料的供应,对植物的生长又有着至关重要的作用,如果能够有一个系统能够真实的模拟植物的生长情况,能够减少科研人员到田间地头蹲点的时间,同时减少人力、物力的支出,对农业现代化发展有着极大的推动作用。因此,植物动态生长的模拟就成为我们精准农业的重中之重了。本文以东北主要农田优势作物玉米作为对象,论文分析了玉米的植物学结构,做了大量的文献研究工作,同时研究了多种建模方法,在大量试验观测基础上研究对玉米按主要器官进行虚拟建模,并最终对其进行整合。植物根系是植物的重要养料来源,对植物吸取水分、养分具有十分重要的作用。植物根系比较复杂,对于虚拟植物建模来说,主要是结合根系的生长情况,定量分析土壤环境条件对植物生长的影响。通过模拟根系的生长模拟真实生产环境中土壤情况对植物的影响,对数字农业有着不可或缺的作用。本文选用微分L系统理论来实现玉米根系动态连续的生长模型构建。虚拟植物根系研究是虚拟植物研究的重要组成部分,现阶段对于植物根系的研究主要集中在计算机图形学方面。本课题希望通过我们的研究能够建立一个真实反应植物根系发育过程的方法,用来建立植物虚拟模型。由于影响根系生长发育过程的因素过多,在计算机上真实的模拟植物根系生长过程还是非常复杂和具有一定困难的。因此构建形态结构模型和生理生态模型相结合的植物根系模型是现在根系模型研究的重点。对于叶的建模,本文主要研究了图像处理技术。为了使虚拟植物更加形象逼真,叶表面重建是虚拟植物建模的重要组成部分。只有建立一个好的,能够清晰表明叶表面情况的模型才能有够有一个真实的叶面还原效果。本文运用三次参数B样条曲线算法及NRUBS曲面建模技术分别实现了玉米叶片的模拟。构建玉米果实形态相对于其他作物器官比较复杂。我们提出一种根据果实形态结构特征建立相应的控制网格,这就是基于Loop细分格式的虚拟作物果实建模方法。在这一方法中只需要定义适当的细分规则生成果实模型,然后扩充已有的细分规则,就能够真实模拟作物果实,使模拟出来的果实图像具有真实感,同时能够实现玉米果实的非光滑特征的模拟。建立参数化虚拟玉米生长原型系统,基于OpenGL中的各图形函数模块功能,在VisualC++平台上开发,采用模块化的方式开发一个基于C/S结构的平台,利用此平台对玉米生长进行了预测与可视化模拟,验证了模型及相关算法的有效性和可行性。