植物群体是自然界中一类最常见的景物,逼真地模拟植物群体场景在影视娱乐、游戏与广告设计、园林规划和社区设计等许多领域都具有重要的应用价值。在植物建模以及虚拟仿真过程中,为了减少器官穿透等情况对植物模型真实感的影响,需要针对植物模型设计合适的碰撞检测方案。此外,在植物的虚拟仿真过程中,往往需要进行植物的动态模拟。为了更加逼真地模拟植物的动态效果,需要设计一套适应植物生理特性的植物形变模拟算法。不论在自然界中还是在人工种植过程中,植物往往群体生长,成为多种规模的群落,因此研究如何更快更逼真地进行植物群体模型的绘制具有重要的意义。本文结合计算机图形学知识,以番茄为例,研究了番茄植株的碰撞检测以及动态模拟,并且提出一种番茄植株群体绘制方案,以实现番茄园场景建模和漫游。本文主要工作如下:1.针对番茄植株的生长特征提出一套混合包围体树(MBVT,Mixed Bounding Volume Tree)的构造方案,并利用番茄数字模型特征对各层次包围体的构造方式进行了简化。同时,结合GPU并行化的方式,通过对番茄植株群体碰撞检测过程的可并行性分析,设计了基于CUDA加速的番茄植株群体碰撞检测程序,使得总体碰撞检测耗时减少了92%-96%,较好地提升了本文碰撞检测方案的效率。2.根据番茄植株的特征,对基于质点-弹簧模型形变模拟方法进行了改进。首先基于番茄植株的形态特征生成控制点骨架,并使用广义圆柱等技术方案进行番茄植株模型的绘制;然后,基于番茄植株模型的控制点骨架生成质点-弹簧系统,以进行番茄植株的物理真实感形变模拟。3.设计并实现了番茄园场景的交互式漫游系统。首先,结合番茄模型特征构造番茄LOD多分辨率模型序列;然后通过使用GPU加速对番茄植株群体的绘制,构造了番茄植株群体场景。基于番茄植株群体的绘制,构建了番茄园场景,并实现了番茄园漫游系统。本文为植物模型的群体绘制、碰撞检测及交互模拟设计了一套改进方案,并在交互式漫游系统中进行了验证,为较大规模植物群体绘制提供了新的方案思路。