近年来,随着空间数据获取手段的不断进步,空间数据呈现多维性的特征,三维GIS成为GIS领域的研究热点之一。现有三维GIS的研究大多数集中在三维空间数据获取、三维空间数据模型、三维空间数据可视化等方面,三维空间分析相关的研究有待进一步开展。而空间分析是GIS系统区别于其他系统的最大特点,缓冲区分析则是空间分析中最基础且重要的功能之一,其结果常被用来作为其他空间分析的基础数据。目前,二维GIS中缓冲区分析算法已经相当成熟,但在三维GIS中缓冲区分析算法相比二维,其在精度和效率上都有待提升,因此研究高效、精确的三维缓冲区分析算法是十分有必要的。矢量缓冲区分析算法的结果较为精确,同时意味着算法的复杂性较高,过程中存在大量的空间几何求交运算,需要进行大量的特殊处理;栅格算法以距离变换为基础,算法的思想和过程都较为简单,但是算法的精度和结果可视化都受栅格分辨率的影响,且对计算机硬件要求较高。如今,计算机的硬件水平有了极大的提升,GPU并行计算技术相当成熟,栅格算法不再受到计算机硬件水平的限制,在此条件下,本文提出一种基于地图代数距离场矢栅紧密结合数据模型的精确三维缓冲区面提取方法。本文首先将二维的地图代数距离变换算法拓展至三维,并采用真实距离代替模板传递距离,进一步提高了三维距离场的精度;然后,本文提出边界体素、边界体素对等概念,定义边界体素对的拓扑关系,通过边界体素对及其拓扑关系提取三维缓冲区面的表面特征点及其之间的拓扑关系;最后,借助移动立方体算法思想,从局部角度出发,完成三维缓冲区表面的重建。本文从缓冲区形态、缓冲区距离、体素分辨率三个方面对算法的精度进行验证,结果表明,本文方法精度较高且可控,体素分辨率越高,精度越高,缓冲区距离对算法精度影响不大。从时间复杂度方面对本文算法的效率进行了分析,结果表明,本文方法的效率仅与三维空间体素化后体素数目有关,与目标空间实体的形态、数量及其复杂程度无关。结果显示,本文方法具有面向空间、精度可控、结果可重用、可拓展等特性。最后讨论了本文算法在2.5维地形分析和真三维环境的应用前景。