虚拟植物生长模型对作物产量预测、土地生产力评价、资源环境分析、作物栽培指导、作物生长机理研究以及调控作物生长发育及其对环境的反应研究都有着十分重要的意义。其中,精确的植物三维形态结构模型可用来研究与植物空间结构相关的性质,是虚拟植物、植物建模相关等研究的一个重要方面。研究植物生长过程中的三维信息的获取可以获得作物生长过程中的各参数的动态数据,一改传统农业中难于定量化研究的局面,为精细农业提供依据。形态可视化技术是虚拟植物研究的关键技术之一。本文以植物叶片为研究对象,首先介绍了虚拟植物及植物三维可视化的研究现状,讨论了植物叶片三维可视化的可行性及必要性。结合可视化类库VTK实现了植物点云三维可视化,并进行了点云的坐标变换,颜色映射等操作,真实感强,能很好的对植物叶片三维形态进行模拟。其后,本文介绍了迭代最近点ICP算法,采用了多视场扫描和拼接方法及迭代最近点ICP算法两种配准方法结合的配准方式进行配准,效果良好,获得了良好的实践效果。另外,本文介绍了Delaunay三角化及其相关实现算法,并利用VTK可视化类库实现了高效稳定的Delaunay三角化。最后,本文对光线在植物叶片上的照射进行了模拟。本文主要研究内容及结论如下：1)利用结构光扫描仪获取植物形态特征的点云图,从而进一步对植物的生理结构及形态特征进行分析处理。笔者以植物叶片为研究对象,通过对植物叶片点云处理,获取包含植物点云坐标及颜色信息的文件,在逆向工程软件中进行去噪、通过旋转工作台对被测物体进行多视场扫描和拼接等操作。从而获取了符合后续实验要求的植物点云。2)自主创新发明了一种用于检测植物三维信息获取系统获取点云精度的基准体,用该基准体对系统在长度、角度两个方面的测量精度进行了检测,检测结果表明该系统获取的三维点云数据在长度测量方面的精度达到了98%以上,而在角度测量方面的精度也达到了96%以上。可以看出,通过该系统获取的三维植物点云数据精度高,可以进行后续的数据处理。3)采用Microsoft Visual Studio C++2010集成编程环境,结合可视化类库VTK(Visualization Toolkit),在计算机上实现了植物叶片的三维重建和可视化显示,对植物点云进行了坐标转换,颜色映射等操作,使其具有真实感并方便后续操作。采用了多视场扫描和拼接方法及迭代最近点ICP算法两种配准方法结合的配准方式进行配准,效果良好,获得了良好的实践效果。并对叶片点云进行Delaunay三角网格化,实现了植物叶片三维表面曲面重构,具有较强的真实感,为进一步进行叶片的结构虚拟研究提供一种可行的方法。4)基于上述算法开发了一个基于植物叶片三维可视化的软件。利用VTK结合MFC编程在Microsoft Visual Studio C++2010平台下实现了植物叶片的三维模型重构。此软件的主要功能包括植物叶片的点云三维显示、旋转、缩放、ICP算法配准、Delaunay三角网格化、植物叶片点云在光照下的效果模拟等。结果表明此系统可以在普通PC机上实现植物叶片的无损原位几何重构,且可视化效果良好。