树木是虚拟地理环境研究中重要的自然要素之一。近年来，真实感树木建模已成为计算机仿真技术在林业领域应用的研究重点，也是数字林业的发展趋势。树木形态结构和生理生态行为的随机性、复杂性为真实感树木建模带来了很大的困难。现有的树木建模工作大多还停留在几何形态建模的层面，如何考虑与环境因子交互的树木建模仍然是一个具有很大挑战性的前沿问题。树木在与环境因子交互的过程中，其运动和生长行为都表现出了动态性的特征。本文以考虑与风、光环境因子交互下的树木动态仿真、实现模拟模型驱动下的树木三维可视化表达为目标导向，开展了简化条件下树木在风中运动和向光性生长的三维模拟模型的研究，以及原型系统和软件功能模块的集成实现。论文的主要研究工作和成果如下：1.总结评述了国内外在植物建模与绘制，特别是植物与环境因子间交互建模技术的发展现状、存在问题；详细分析了树木在风中运动和向光性生长建模的现有方法；叙述了由参数化枝干建模、基于图像的纹理和叶簇建模、基于LOD简化和随机化的模型丰富性表达等三种技术组成的单树几何建模思路和实现方法。2.以物理学理论为指导，在分析现有风场建模方案利弊的基础上，构建了一种简化的基于过程函数的风场模拟模型。对树木材料力学性质进行了简化处理，采用悬臂梁作为树木枝段受力分析的物理原型单元，计算了其在风力下的运动位移，进而使用力的传递和运动合成方案求解整棵树在风中的运动。给出了建模实现的流程，并设计了风场参数、材料特性控制、受力与形变计算等核心功能模块。3.在分析植物向光性生长的生物学机理的基础上，对现有植物向光性生长研究中的两大定性关系：光辐射量—弯曲度、光强—净光合呼吸速率关系曲线作了简化定量处理，构建了具有广泛适用性的向光性生长模拟数学集成模型，提供了灵活的模型参数，给出了树木向光弯曲生长和基于生物量累积的器官扩展量的计算流程及核心算法。4.在实现树木风动和向光性生长算法的基础上，开发了相应的软件功能模块，实现了与研究小组开发的树木可视化交互建模系统（ParaTree）的紧密集成。本文以毛竹为模拟对象，给出模拟示例。对于树木在风中的运动模拟，从风场特性、树木几何形态特性，材料力学特性三个方面考察了相关关键参数对模拟结果的影响；对于树木的向光性生长模拟，从光源条件、光合特征、弯曲生长特性三个方面模拟了对应不同条件对树木向光性生长的影响。模拟结果符合树木运动和生长的经验规律，在一定程度上检验了模型的有效性。