基于林学理论基础和三维动态可视化技术实现对林木生长动态过程的模拟,可以为了解林木生长状态和生长过程,编制森林经营方案,提供可靠的依据。但是林木可视化模拟仍面对着林木模型单一,林木生长过程“千树一面”,缺乏真实性和多样性的问题。本研究以杉木为例,改进冠形曲线构建方法实现多样性的杉木三维模型构建,丰富杉木三维模型库,通过调查和分析杉木空间结构单元数据,以不同方向的冠幅、冠高、枝下高为杉木冠形描述因子,定义水平和垂直空间结构参数,分析杉木周围不同方向的空间结构与树冠形态特征的相互关系,引入年龄变量,分析空间结构影响下的冠形变化规律,建立基于空间结构的杉木生长模型,使用三维动态可视化技术模拟杉木生长的动态过程,设计并开发了杉木生长可视化模拟系统实现了具有动态感、真实感和多样性的杉木生长可视化模拟,解决了三维环境下杉木生长预估的问题。本研究的主要结论如下:(1)在不同林龄的杉木林分中划分空间结构单元,测量东南西北不同方向的杉木枝下高、冠高、冠幅等形态特征数据,以形态特征测量数据为型值点,反求三次B样条曲线的控制点,正算拟合杉木干形曲线模拟树干弯曲程度,使用杉木削度方程控制树干不同高度处的直径,实现多样化的树干形态建模;改进基于抛物线的冠形曲线构建方法,使用B样条曲线模拟不同方向的冠形曲线,建立树冠包络网格模型约束树冠形态,并控制树枝稀疏程度,建立多样性的杉木树冠三维模型,提出多样性林木形态可视化模拟方法。在Visual Studio开发平台上以C#为开发语言,使用Direct X设计了三次B样条曲线正反算模块和树干直径计算模块,实现了基于B样条曲线的杉木干形、冠形建模,完成了多样性杉木三维模型构建。(2)测量各年龄阶段空间结构单元内的空间结构数据,定义水平、垂直空间结构参数,分析杉木不同方向的树冠形态数据与年龄、空间结构的关系,建立基于空间结构的杉木树冠生长模型,得到基于空间结构的枝下高、冠高和冠幅生长模型,模型决定系数R~2分别为0.712、0.788和0.614,模型各变量呈现极显著相关关系。以杉木三维模型为基础,通过对杉木三维模型按形态结构进行剖分,以杉木树冠生长模型为驱动计算子模型在不同年龄阶段的生长变化量,基于节点动画技术进行子模型的动态组合,完成对树冠在东南西北方向的不同生长过程的模拟,优化杉木生长三维模拟效果,实现基于空间结构单元的杉木动态生长可视化模拟。(3)在MOGRE三维渲染引擎基础上,设计了生长模型驱动的杉木子模型动态组合和可视化生长模块,构建了空间结构与杉木形态数据库和杉木三维模型库,开发了杉木生长可视化模拟系统,实现了杉木生长过程的动态可视化模拟。