虚拟地理环境的目标之一是利用计算机的软硬件条件模拟和分析复杂的地理过程和现象,辅助解决地理问题。植物是地理环境的重要组成要素,相应地,虚拟植物的终极目标之一是辅助植物生态系统分析和生长预测。精细、高可信的植物形态结构模型是定量化模拟植物与环境交互行为、生物量估算等虚拟植物深入研究的基础。本文以不同冠形的枇杷树为样本,综合利用基于数据建模和规则建模方法的优点,开展三维树木精细建模方法研究。具体研究内容和成果如下:(1)对国家果树种质福州枇杷圃和福建省云霄县枇杷生产基地的枇杷树进行实地调查,利用Artec Evar手持激光扫描仪和地面激光扫描仪Riegl VZ400及形态结构测量的常用仪器采集枇杷树的形态结构信息,获取叶、果和整株木的三维精细点云数据。(2)针对单一植物建模方法难以精确表达植物冠层形态结构的缺点,综合运用基于规则建模方法的便于描述植物拓扑结构的优势和基于点云测量数据的精度高的优势,提出一种数据和规则综合驱动的三维树木精细建模方法。利用分解思想,把树木分成主体枝干系统和冠层局部组分分别建模。对于枝干系统,根据测量的形态结构参数,基于参数L-系统的规则建模方法建立三维模型;对于冠层局部组分,基于点云数据生成精细的冠层局部组分(枝梢)的三维模型;最后根据局部组分与整株植物在空间上的几何连接关系,将冠层局部组分的三维模型与枝干系统进行集成,形成整株的三维模型。以4棵不同冠形的枇杷树为例,建立精细的三维建模。从模型的冠幅、树高、枝干截面积以及叶幕层厚度四个参数与实测数据对比分析,精度较高;同时从视觉上对比模型与整株树木点云数据的形态结构,相似度较高。(3)植物模型网格数量越多,未必模型精度越高,但会导致计算量增加的问题,限制了模型的应用。本文建立的高精度植物三维模型的面元数量大主要体现在冠层局部组分,影响冠层内光分布模拟的效率。为此提出了一种适应于冠层器官模型网格简化的改进边折叠方法。原理为在二次误差测度算法的基础上,在折叠代价中引入曲率变化及狭长三角形的约束判断,采用半边折叠的方法保持叶片模型边界。以单簇和单片的枇杷叶片为例进行简化,采用豪斯多夫距离和虚拟冠层的PAR值两种定量方法进行精度分析,实验结果表明简化后的模型精度较高,能够保持冠层器官模型的主要形态结构,有着较好的可视化效果,提高了辐射模拟的效率。