虚拟植物研究是基于植物结构模拟技术和图像表达技术，以植物形态结构动态变化规律为研究重点，建立基于三维空间的植物形态模型，并以可视化的方式来表达植物形态结构的生长变化动态，从而定量而系统地描述植物形态结构、生长发育等生理生态过程。虚拟植物研究可促进人们对植物生长过程的理解与感知，为分析植物结构功能关系、设计理想株型、调控生长模式等提供技术支撑。近年来，随着信息技术的发展，虚拟植物技术发展也逐步走向成熟，成为国内外农林业研究的重点内容。以计算机为手段对植物生长进行建模与仿真，将为探索植物生命的奥秘及其生理生长过程的规律，以及改善人类生存环境质量带来了新的契机。　　 本文以水稻作物为研究对象，在大量试验观测基础上研究并建立水稻的生长模型，设计开发出模拟水稻动态生长的可视化系统，通过直观的可视化方式，为水稻生长发育状况的分析和预测提供理论依据。本文的主要研究内容如下：　　 建立了水稻植株拓扑结构模型：基于L-系统原理建立水稻整体植株的微分L-系统产生式集，并根据该产生式集实现了植株拓扑结构。结合水稻动态生长模型和生理模型，统计不同生长时期植株的器官数目，利用L-系统理论得到植株不同位置的各器官形态变化以及植株不同时期的生长发育拓扑结构图。　　 建立了水稻植株形态发生模型：对水稻进行实地栽种，在分析水稻整个植株和各种器官形态结构特征基础上，利用试验观测数据建立水稻的生长模型及各器官形态模型。通过Matlab7和Microsoft Excel数据分析软件对试验数据进行曲线拟合得出了水稻相关器官生长模型；利用相应的数学理论，并通过反映水稻生物学意义的参数建立数学关系从而得到形态模型。　　 三维水稻可视化系统设计与实现：基于面向对象的程序设计方法，采用模块化编程，对水稻动态生长进行可视化实现，对不同生长时期的植株生长进行了可视化模拟；并对不同生长时期各器官生长数据进行反馈。　　 本研究利用L-系统理论简化了水稻植株动态生长结构模型，所开发的水稻可视化生长系统可根据不同水稻品种的不同生长参数对生长结构进行灵活控制，操作更为简便。实现了水稻植株三维拓扑结构和虚拟植株生长的动态同步显示，只要点击模型切换按钮，便可实时观察到各个时期水稻植株生长拓扑结构和相应的虚拟植株。实现了水稻植株各生长参数的实时数据反馈，人性化的水稻三维可视化系统界面可实时返回水稻植株微分L-系统迭代字符串以及各器官实时生长数据。本系统结合OpenGL相关的平滑，渲染，光照处理等图形图像技术，使水稻植株三维虚拟更为形象逼真。