在园林景观设计、社区规划、城市建设等领域,树木虚拟有着重要的实用价值,若能真实虚拟树木形态及随风吹动效果,将会产生栩栩如生、具有真实感的效果。本文以实现具有真实感的树木形态结构虚拟和树干、树枝、树叶随风摆动效果为目标,对树木虚拟的关键技术进行研究。主要内容和结论如下:(1)对已有的分层分枝模拟算法进行了改进,针对其生成模型较为规则、整齐的不足,应用伪随机数发生函数和高斯随机函数,对树枝和树叶模型的参数进行随机设置,实现了树木模拟的随机性和真实性。(2)针对其生成模型为静态树木形态结构的不足,采用基于噪声的方法,应用由随机中点位移法实现的、计算代价较小的分形布朗运动模拟自然风场,分别实现了具有较强真实感的树干、树枝和树叶的风吹效果模拟。(3)为增强虚拟效果的真实性,采用纹理映射、雾效模拟、背景声音和光照等技术,完成了三维场景的渲染。(4)提出一种简化三维树木树枝模型的方法,应用顶点移去法简化树枝模型,通过构造三种不同细节层次的模型,降低了三维树木场景的复杂性,加快了实时渲染速度。(5)为提高树木绘制的效率,通过实验分析确定了系统在CPU阶段、几何处理阶段和光栅化阶段的瓶颈位置,针对不同阶段采用相应的方法实现了系统的管线优化,保证了树木渲染的实时性。(6)利用Visual C++6.0及OpenGL开放图形库,采用模块化的方法开发了虚拟树木形态结构及风吹效果演示系统,建立了单株阔叶树木的可视化模型。结果表明,该系统能够较真实地表现树木的形态结构特征,形象地实现树木在风场中的模拟。