一、3DGIS的基本概述
　　最近，3DGIS,VRGIS和3DCM等相关方向的研究 ,一直是国际前沿的研究热点。在20世纪60年代以来， GIS一直都是用二维平面加上一定的高程属性来表示，它在表达上通常是将Z值投影到二维平面上进行处理，这对于同一（x, y）位置的多个Z值不能有效表达。事实上就是我们常说2.5维GIS。在实际的应用中，它不能满足我们工作的需要，如在矿山测量等应用中，需要用真三维GIS来进行分析矿藏的分布状态。
    地形面三维的表达将Z值投影到一个模型上，显示时X、Y、Z三个轴均被显示，使三维对象看起来象真正三维一样。但是面三维技术有两个明显的缺点：
    首先，它表达的对象内部是空的，不具备应有的信息；
    其次，虽然表现邻近的多个表面，但对表面交叉情况，就难以进行交叉表达和管理。
    只有将这类现象置于真正的三维空间中考虑，才能灵活高效地处理各种三维问题，如三维内部属性和拓扑关系，三维空间索引和查询（空间关系查询和属性查询，位置和空间关系是空间数据库特有的查询，它包含点、线，面之间的俩俩查询）管理等。这是三维空间表达与二维GIS、地形面三维表达的本质区别之一。

二、3DGIS研发思路
　　一从数据库的角度出发向三维GIS发展，将三维空间信息的管理融入关系数据库管理系统（RDBMS）中，或是从底层开发全新的面向空间的OODBMS, 如GeoO2[6]，GEO++[7]，GODOT[5]，SmallWorld GIS等。一个新的发展方向是将三维可视化与三维空间对象管理集成系统。二是从可视化角度出发。

三、3DGIS数据模型和数据结构
　　空间信息集成模型：该模型以扩展复杂要素为核心，表达三维空间地学对象的几何性质，度量属性及对象间的复杂拓扑关系。如DEM（等高线模型、不规则三角网模型（Triangulated）、规则格网模型（Grid））。
　　空间数据模型：空间数据常用的空间数据结构有矢量数据结构和栅格数据结构两种。矢量数据结构中，一个区域或者一个地图被划分为多个多边形，每个多边形由多条线段（或弧）组成，每条弧含有两个接结点，其位置用X，Y来表示，空间关系用点和边，边和面面和岛的关系隐含或显式表示。失量的存储量小，图形精度高，容易定义单个空间对象，但是处理空间的关系比较费时，常用于描述图形数据。
    栅格数据结构中，地理实体用网格单元的行和列来作为位置的标识，它的每个元素（灰度）与地理实体的特征对应，行和列的数目决定栅格的分辨率，容易处理空间位置关系，但是数据的存储量大，图形精度低，常用于描述图象和影象数据。
　　空间信息模型
　　基于场的模型，定义场模型要求有三个组成部分：空间框架（Spatial framework ）、场函数（field function）和一组相关的操作（field operation）[WORBOYS 1995]。
　　一个包含N个可以计算的函数或简单场 的有限集不同场之间的联系和交互通过场操作（field operation）来指定。场操作把场的一个子集映射到其它场，其例子有并（+）和复合（O）。
　　场的操作分为三类：局部的、聚焦的、区域的。
　　基于对象的模型：基于对象的模型关键是把空间信息抽象成明确的可以识别的相关事物和实体。
　　矢量模型拓扑操作。
　　并将各种复杂对象融入地学建模和管理的模型框架中该模型是以矢量模型为基础，对象及对象间的拓扑关系表达较为精确，但各种操作复杂费时，空间分析不易实现。
　　矢量栅格混合数据模型。
　　以八叉树和不规则四面体为基础的混合数据模型。以栅格结构的八叉树作为对象描述的总体框架，控制对象空间的宏观分布，以矢量结构的不规则四面体描述变化剧烈的局部区域，较为精确地表达细碎部分，并将这两种模型进行有机地结合。这种混合模型是一种矢量栅格三维结合的有益尝试，在一些情况下比较合适，但还需要其它表达模型来补充，从而提高表达、访问和操作的效率。

四、3DGIS的特点和当前面临的困难
　　特点：
　　点、线、面的复杂程度更高；用户使用的直观性；可视化研究比较强；系统性更强；空间分析能力强；三维空间DBMS管理；系统兼容性比较强。
　　技术困难：
　　三维数据实时廉价获取；海量数据的存储与快速处理；真三维空间数据模型与数据结构模型构建；三维空间分析。

五、3DGIS在城市规划中所能实现的功能①和实现关键技术②
　　1、功 能：
　　3DGIS在城市规划中具有快速真实再现城市三维景观、.属性信息快速浏览、查询、统计、分析、键盘操作控制漫游任意给定线路的三维飞行、图形及动画输出、数据的更新与维护三维场景实时可视化操作等功能。总体来说就是数据输入、预处理、数据管理、空间查询分析（含邻近度分析（PROXIMITY）⑵叠加分析）。

2、3DGIS场景模型建立

●生成建筑物和地物
　　导入CAD规划数据，生成建筑物的外边沿线，然后根据实际或规划的层高生成建筑物。确定各地物边，立体块、注记符号群、注记区表面的纹理等生成各种逼真的地物；另外还附上相应的属性，使得其与符号库中的符号相关联，实时渲染时即可调用符号库中的符号，从而快速生成各种地物。
　　●生成符号库
　　调用符号库（纹理库、材质库、符号库和线型库）中的符号或者重定义符号库快速生成各种地物。
　　●合成3DGIS场景
　　3DGIS属于专业GIS软件，数据是按数据类型和文件分层和分文件存放。这样有利于数据的查询、更新、修改、维护等操作的独立性。对数据容易管理。
对建好后的文件和层的数据，方可在同一个场景下同时打开，然后对其调整，即可生成最终的三维场景。

3、3DGIS实时渲染----场景数据的组织与管理  
　　要实现大数据量地景的实时交互显示，就必须解决场景数据的组织与管理问题。其思路就是在保证场景显示细节的前提下，使参与实时处理的场景数据降低到最少，以保证交互响应的效率。场景数据的组织和调度实际上就归结为场景细节层次的组织以及与视点相关的各层次数据的调度。
　　场景细节层次的组织包括场景模型和场景纹理细节。场景模型细节是指场景体形态所表达的细节，场景模型的最高细节取决于模型建立的数据源，对于以矢量地图数据为主要数据源的战场环境仿真应用来说，数字地图的原始比例尺决定着场景模型所描述的最高细节。场景纹理的细节是指场景表面影像所表达的细节（最高细节取决于纹理影像的数据源）。当以数字地图作为仿真地面纹理的数据源时，地物要素的分类分级详细与比例尺相关，则仿真影像所能描述的地表的细节越丰富，以遥感影像作为地表纹理时，地表要素所能展现的细节由影像分辨率来决定。
　　把场景模型和纹理数据区分为多种细节层次，并按细节序列加以组织，方能达到视点越近细节越丰富的场景表达效果。与视点相关的层次数据的调度：在同一个视景中，按视觉中心详细周边概略的原则来调度不同细节的模型和纹理数据，也是为保持交互与视觉效果而降低参与计算的地景数据量的有效方法。纹理细节可以在视觉上弥补模型细节的不足，即在较为概略的模型骨架上叠加细节较多的纹理，这是提高交互效率而不降低显示效果的一个有效策略。
　　4、机交互技术
　　由于三维操作是利用虚拟技术对景观进行可视化查询、分析的最基本手段之一，因此要求用户对系统有较强的控制操作能力，在任何时候用户都能够根据需要方便、快捷、精确的调节观察参数。为满足这种要求，专门设计了一整套的观察参数调节方法，可以方便的使用键盘控制在三维场景中任意的飞行。

5、数字城市的关键技术
　　信息化每个新阶段的到来，总是与新技术的出现和普及紧密相关。支撑数字城市的关键技术，引发数字城市出现的关键技术，我们概括为“43VRW”。即“4D数据融合和挖掘技术；3DGIS建模与互动技术；VR交互与飞行技术；WebGIS数据分发与数据服务技术”。我们认为这些依托数字化网络的终在数据表现关键技术构成狭义数字城市建设的核心技术。