植物的生长模拟历来是计算机图形学的重点研究问题,攀援植物作为植物中的一个重要分支,具有依赖他物攀附生长的特性,如何模拟其生长过程是一个研究难点。自然场景下的攀援植物的生长离不开供以攀爬的地形,过程化生成算法能够利用程序高效地生成随机、多样并且不重复的自然场景与地形。因此,如何将基于过程化生成的地形场景与攀援植物的生长模拟相结合,从而模拟攀援植物在多种多样的地形场景下的生长结果,是一个难题。本文以游戏自然场景的生成作为研究背景,探讨用过程化方法实时模拟并生成包含复杂地形、攀援植物以及云朵的室外自然场景,该研究具有实际应用价值。本文首先以噪声算法为基础,结合三维重建的算法,提出一种过程化地形场景的实时建模与渲染的方法。同时,为了构建天空场景,本文使用体渲染方法实时模拟过程化云朵,并将光栅化渲染方法和体渲染方法相结合,生成过程化自然场景。其次,依据攀援植物的植物模型和生长特性,本文提出了基于粒子系统的攀援植物的建模方法,并结合空间竞争和资源竞争的算法模拟攀援植物依附表面生长的过程;最后,本文将攀援植物的生长模拟算法应用在通过过程化算法生成的自然场景中,探究基于过程化的自然场景下攀援植物的生长。已有的研究中常用基于L-System的方法模拟攀援植物的生长,缺少对攀援植物在不同地形地貌的自然场景下的生长模拟。本文根据已有的研究成果,创新提出将过程化生成算法与攀援植物生长模拟算法相结合,更加真实地模拟攀援植物在不同的地形等环境因素的影响下的生长结果。本文使用Direct X渲染接口和基于GPU的着色器编程语言HLSL搭建渲染框架并实现了基于过程化的自然场景下攀援植物的生长模拟算法。本文还将分析生长模拟的结果、渲染效果和算法效率,并通过将算法应用在不同的自然场景中,验证算法的合理性和通用性。