目前,三维虚拟地球技术、虚拟现实技术(或称为三维虚拟仿真技术)在各自的领域内迅速发展,并取得了丰硕的成果。但是,有一些行业应用,既需要对大规模地理数据的处理、可视化与分析能力,又需要强大的三维虚拟仿真能力,这就产生了一个矛盾,如果选择三维虚拟地球软件,就无法满足三维仿真的需要,如果选择三维虚拟仿真软件,就无法满足对地理数据的处理、可视化与分析能力(虽然目前也有一些平台既支持三维虚拟地球,也支持三维虚拟仿真,但是其都还处于浅层次的融合,没有从技术底层进行深层次的交叉研究,出现的结果就是,三维虚拟地球平台带有很弱的虚拟仿真功能或者是三维虚拟仿真平台带有很弱的空间信息、GIS功能)本文针对这个矛盾,提出了把三维虚拟地球技术与三维虚拟仿真技术从技术深层进行交叉融合的方案,试图通过建立一个从专业深层紧密结合的既包含三维虚拟地球技术、又包含三维虚拟仿真技术的基础平台来解决这个问题,本文称之为三维虚拟仿真地球系统,这个系统应该包含空间信息处理与可视化系统、GIS计算系统、GIS分析系统、渲染系统、对象系统、动画系统、声音系统、物理系统、人工智能系统、通信系统、脚本系统、交互系统、行为系统与其它扩展系统等众多的子系统。但是,限于本文的篇幅与目前的研究程度,无法完整的研究三维虚拟地球仿真系统的全部内容,因此从应用出发选择了较为急需的切入点进行试探性研究：快速构建逼真三维虚拟仿真地球场景的若干关键技术研究。这个切入点的核心思想是虚拟三维地球仿真场景的快速构建与逼真渲染,本文认为这个目标可以在视觉和场景构建要求上满足目前很多三维虚拟地球项目在仿真技术上的需要,为了达到这一目标,本文分别从基本的仿真场景构建、仿真逼真度渲染、线状要素的自动建模、精细化地表的快速构建、真实的水域与大气环境的仿真等几点出发进行研究。在基本的仿真场景构建中,首先提出了一种基于四叉树、八叉树、BSP树分割的混合分割方法,用于综合管理三维虚拟地球场景与仿真场景的不同细节的内容,其次论述了基于线性四叉树的全球地形地貌数据的组织、调度、建模与渲染方法,最后再在地形地貌调度机制的基础之上,论述了全球大规模三维模型数据的组织、调度方法,并把这个方法引申到所有点状要素。在仿真逼真度的研究中,主要结合三维计算机图形学与虚拟现实的几个最新的绘制理论与技术,来研究提升场景画面的逼真度的方法,这些技术包括基于物理渲染的BRDF光照模型、SSAO理论与实现、延迟渲染理论与实现、HDR理论与实现。在线状要素自动建模的研究中,首先结合三维自动建模技术,研究了一般线状地理要素的建模方法,如管道、围墙等,其次,针对性的研究了三维道路的自动建模方法,因为道路是三维虚拟场景中最重要的场景的地理要素之一,最后再论述了大规模的线状要素的组织与管理以及从GIS数据直接快速生成大规模线状地理要素的方法。在精细化地表快速构建的研究中,主要围绕如何快速构建精细、真实的地表环境,研究了地表细节的快速绘制、地形高程的快速修改及光滑、地表覆盖物(森林、草地、沙砾)的快速增删以及效率优化。在真实的水域与大气环境仿真的研究中,首先研究了使用真实的水文数据构建真实的河道水面仿真的方法,包括真实的水位、流速、流向、以及水位淹没情况,其次研究了使用真实的气象预报模式数据仿真大气环境的方法,如三维云、台风、雾霾等；使用真实的数据构建的三维仿真结果,不仅在效果真实度上非常真实,而且其可以视为对专业数据的一种可视化与仿真方法,具有非常重要的社会价值。