大规模自然场景建模与渲染技术一直是计算机图形学领域中的一个重要研究方向。不论是三维游戏,影视特效,还是园林设计,军事仿真等领域,虚拟自然场景的生成和渲染技术都是必不可少组成部分。树木和森林场景的建模和渲染也一直是这一领域研究热点,其中,大规模森林场景的渲染和模拟树木在风力作用下的摇曳动画更是能够很大程度提高虚拟场景的真实感,因此本文致力于设计一种适合大规模森林场景的建模渲染方法,并且能够实现森林场景在风力作用下摇摆的动画效果。本文分类分析了在植被模拟领域各种建模渲染相关技术,其中包括精细建模、全局建模、多精细度建模等树木、草地建模方式和树木变形动画的模拟技术,从实现效果、效率等多个角度剖析各种方法的优缺点和适合应用场合。在此基础上,首先本文实现了一种基于树木结构的单棵树层次化建模方式,在模型组织枝条结构和树叶的表达方面在以往技术的基础上进行了一定改进。接着本文引入大规模场景管理策略和实例化技术,通过简化建模方式设计了一种适合大规模森林场景建模的混合式树木建模方法,并在其中提出了一种基于树木结构层次的LOD过渡策略,实现了大规模森林场景的实时渲染。最后,本文提出了一种基于预计算树木变形、实时关键帧选取合成动画主体并辅以实时计算补偿的树木交互动画模拟方法。本文以较为简单的二维向量场为实时风场建模;以“刚度系数—扭转角”的物理模型通过预计算的形式模拟树木在风中形变姿态;在实时动画合成阶段,分风吹时和风停后两个阶段采用不同的关键帧选取策略生成平滑动画主体;对树枝和树干部分通过各自的实时计算补偿方法精确动画效果,丰富模型形变姿态。