作为日常生活中最常看到的自然景色之一,树木模型广泛出现在影视、游戏、航空、军事等领域,是计算机图形学中真实建模领域的重要研究课题。但树木本身具有很高的复杂度,使得通过人工方法进行树木三维建模的工作非常繁琐。同时,属于同一科目的树木在形态上具有高相似性但又略有不同,如果通过人工手段对由同一科目的树木组成的森林进行建模,其工作量将会成倍增长。为了实现高效率的树木建模,近年来研究者们提出了基于植物生长模拟的空间定殖算法,其基本思想是从植物生长的角度出发,将复杂环境表示为离散的空间节点,模拟树木生长过程中的空间争夺机制。然而,这种算法却忽略了植物的生物学约束,不能表征树木的植物学特征,没有考虑叶序、向光性、异化生长速度等等,也忽视了植物力学对树枝弯曲的影响,导致建模出的树木不够真实。本文通过为树木施加环境资源和树木生长特性约束,采用自组织的方式使树木的各个生长节点自动适应周围可用空间,模拟树木的生长发育模型,以此实现建模的自动化。同时,扩展并实现树木的资源流动模型,使其更具备真实感。本文还通过梁理论对树木的力学结构进行模拟,分析树枝树干不同成长时期的受力,创建具备真实弯曲形状的树木。本文的主要工作包括以下方面:·提出一种基于树木生长发育模型的自动建模算法。本文参照树木发育模型,将植物生长所需要的光照资源表示为离散资源点,引入光照条件完善驱动生长机制。相比于空间定殖算法中树木生长发育阶段的空间争夺机制,本文还引入了叶序结构控制枝干的整体分布。其次,引入生长方程控制树木的生长速度,控制树木整体外观,使枝干的比例更贴合生态规律。同时,本文还实现了树木的资源分配模型,以此实现树木的几何多样性。·提出一种从生物力学的模拟结果中构建真实树枝模型的方式。构建枝干表面常使用广义圆柱体技术,在以往算法中,枝干中心线由样条函数在枝干内部插值的一系列节点拟合而成,这种方式并未对枝干中心线各点进行受力分析,如此建模会使枝干的弯曲不够真实。本文通过模拟树枝生长阶段其生长应力与外力的平衡过程,计算树枝的生长轨迹,以该轨迹为中心线构建轮廓。实验结果表明,基于生长发育模型的自动建模算法能够方便地生成大量具备几何多样性的树木,并且能够满足树木的自然规律,考虑到了树木的植物学特征。此外,本文提出的基于树木生物力学的树枝构建方式,能够在一定程度上合理地表示树枝的弯曲现象。