虚拟植物是指利用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况。随着计算机技术与植物学的发展，虚拟植物建模和可视化技术日益成熟，能够逼真地模拟植物生长变化及与环境的交互，并在农业、林学、娱乐、科研、教育等领域有着广泛的应用。精细的模型虽然能更好地逼近真实植物，但仿真过程中的大量的计算及绘制过程中的大量的几何图形数据超出了当前硬件的处理能力，给实现实时模拟与渲染带来了新的难题。本文的研究重点是探讨虚拟植物建模过程中的并行性，并利用通用GPU平台加快建模速度，同时构建多视点下植物多分辨率细节层次（Level of Detail，LoD）模型，实现复杂植物模型特别是大规模植物场景的实时绘制。论文主要研究内容和贡献如下：　　①研究了基于L系统的虚拟植物建模过程中的并行性，提出了L系统生成过程的并行化算法。将 L系统的并行实现过程划分为三个阶段，状态字符串的并行迭代演化、Turtle状态矩阵的并行求解以及植物器官相关的几何图形数据的并行生成。利用通用GPU平台实现并行化算法，可加快任意类型的L系统生成过程，特别是大规模三维植物模型的生成。　　②研究了多视点下的植物叶簇多分辨率细节层次模型的构建，提出了基于视觉信息的植物叶簇模型简化算法。在叶簇模型简化过程中，引入信息理论工具，定义了视点集合到植物叶簇的一个信息通道，并在此基础上定义了叶簇互信息及叶子视值来衡量叶簇及单个叶子所含信息量的多少。改进叶合并过程中的误差控制函数，使得简化所产生的叶簇模型互信息误差最小，从而使简化后的叶簇模型能保留更多的视觉信息。同时在预处理阶段提出了叶簇空间的快速分割及叶子多边形模型向四边形的转换方法，加快了叶簇模型简化速度及提高简化算法的通用性。　　③研究了基于植物分支结构的叶簇空间聚类方法，提出了基于GPU的叶簇模型并行简化算法。根据植物拓扑结构对叶簇空间进行聚类，生成一系列单元格，在单元格内进行叶合并算法产生的结果仍能维持植物的拓扑结构，使得对植物的整体外观影响最小。在叶合并算法中将视觉信息与几何相似相结合，简化后植物叶簇模型能够兼顾视觉和几何质量。引入距离因子和单元格密度因子，定义单元格消减比，使单元格可以作为一个独立的个体在并行GPU平台上快速实现简化过程。　　④研究了OpenCL编程框架下L系统快速建模和叶簇细节层次模型快速构建过程。同时研究了利用细节层次技术对大规模植物场景进行实时绘制的过程，从实验结果可知多分辨率细节层次模型能够提高植物模型特别是大规模植物场景的渲染速度，实现实时绘制。