草是自然界十分重要的组成部分,在各种3D场景中都不可或缺。草的建模,渲染和模拟技术已经在各种应用中被广泛地使用,比如游戏应用,虚拟现实场景等,草地渲染和模拟效果很多时候直接决定了虚拟场景的真实程度。现在还没有成熟的草叶重建方案。之前的草地渲染和模拟方案中,都是采用的手工创建草叶模型然后进行渲染和模拟操作。这种做法带来的问题是很难准确重建草叶的形态结构。此外,草叶类型有很多,自动化的草叶重建方案无疑是更为高效的。现有的基于公告板的草地渲染和模拟方案可以一定程度上解决系统运行效率低的问题,但是带来的缺陷是渲染的质量不高,草叶真实感缺失。因为多根草会绑定在一个公告板上面,草的运动受限,故此种模拟方案只能对公告板进行运动模拟,没有与草叶的交互,物理真实度低。而另一些基于草叶几何结构的渲染和模拟方案中,受限于系统性能,只能对草地中的少量草叶采用弹簧模型等建模,模拟其运动状态。其余草叶采用公告板,二维纹理图等代替表示,无法进行有效的运动模拟。本文提出的草叶模型重建,大规模草地渲染和模拟算法,利用草叶图像和深度信息对草叶形状进行准确建模,并设计了一种基于顶点的运动相似性和几何相似性的模型简化方案,保证草叶模型能够用于纯粹的基于几何结构的大规模草地渲染和模拟系统中。同时我们提出了一种基于草块的草地渲染方案。这种方案提前产生了草叶的数据集,并在运行前对每个草块做实例化,可以节省草叶数据储存空间。在运行时刻对草叶进行扩展渲染的方案进一步压缩了所需要的空间复杂度。同时本系统实现了满足数百万根草叶独立碰撞反馈的草地模拟方案。模拟过程中,只有可能和外部物体交互的草块会加入模拟计算队列中。每根草叶的运动状态通过计算碰撞,弯曲和扭曲的约束来获取,是物理真实的模拟方案。该模拟方案完美地兼容全局的风场动画效果等效果。整个渲染和模拟系统支持层次细节算法。