三维可视化技术是目前计算机技术和信息技术发展的一个热门研究方向，而且它符合人获取外界信息的生理因素，即首先通过视觉效果来对信息进行直观获取。GIS作为性能强大、涉及领域广泛的一种新型信息系统也必然要引入三维可视化技术才能够充分满足用户需求，继续长足发展。 自从98年美国副总统戈尔“数字地球”(Digital Earth，简称DE)概念的提出后，使得全球都刮起了一片“数字浪潮”，它是一种全球战略性计划，有着深远的政治意义和经济背景。其后，集多媒体、可视化和地理信息技术等多种技术于一体的虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术的蓬勃发展又在整个科学界掀起了一次新浪潮。因此，对作为这两者的关键所在和技术支撑的三维可视化技术及地理信息系统相互融合的研究，就具有一个非比寻常的意义。基于这个目的本文针对三维可视化技术在地理信息系统中应用进行了相应的研究。论文为教育部博士点基金项目“地学断面的虚拟现实技术及岩石圈反演的动态模拟研究”(编号：20030247043)。 从国内外三维可视化、三维地理信息系统(Three-Dimensional GIS，3DGIS)以及主流的软件的功能来看， 目前3DGIS实现的程度很难真正达到用户满意。商业GIS软件虽然实现了3DGIS的功能，但是其可视化效果很难让人满意，RS软件中虽然可视化效果不错但是分析功能却不充分，而且这些三维可视化还是局限在地形环境的表面模拟上，很难对空间信息进行透视来获取空间体内部的信息。 本文在全面收集和分析国内外大量资料的基础上，对三维可视化技术在地理信息系统中的应用进行了系统的研究和探讨。首先对三维可视化技术的发展及其在GIS中的应用进行阐述；对引入了三维可视化技术的3DGIS的发展状况和发展趋势进行综合探讨；讨论了目前3DGIS实现所用到的数据结构、模型以及研发思路等相关技术；其次对在3DGIS中应用最广泛的地形三维可视化技术进行详细分析，具体讨论了空间数据结构、表面模型建立以及模型的分析应用算法，还对能够洞悉空间实体内部信息的体视化技术及其实现算法进行详细深入的对比和研究；最后对目前流行的系统开发技术，包括面向对象和组件编程技术，以及流行的四种可视化系统开发工具进行了论述和比较，选择了功能强大的面向对象语言IDL作为开发平台，进行基于纹理映射算法的地形三维可视化系统开发，以及摘要通过直接体视化技术实现的体视化系统研制，最后给出了演示实例。 作为本论文的研究目标及实现的研究成果，运用面向对象程序设计和组件编程技术开发出的可视化系统，就是对技术和思想的直接体现。所研制完成的系统为:地形三维可视化系统和体视化系统。 地形三维可视化系统。该系统也可称为虚拟景观生成系统。可以对DEM数据进行可视化表达，通过纹理数据的叠加能对自然地形地貌进行逼真再现，实现了一个虚拟自然地形环境。可以在其中进行虚拟环境的漫游浏览以及对虚拟环境进行空间操作，如缩放、平移、旋转等，还可以对地形环境的显示属性进行控制，如高差起伏变化，环境光线，背景纹理等;另外对DEM数据进行充分利用实现地形模型的各种分析功能，如等高线叠加，地形特征分析，点通视性分析，坡度分析等;能够对空间属性信息进行查询，空间坐标、地形因子、高程数据库显示等;飞行、行走和水位淹没等动态模拟功能以及动画制作也是该系统的一大特色。另外作为一个辅助功能，实现的高程影像透视处理功能，能以透视影像的形式对地形进行显示，可以进行彩色渲染，等高线叠加，高程分布密度直方图绘制，还可以通过在影像图上进行区域选择，对所选择区域进行三维地形显示。 体视化系统。该系统能够对空间体数据进行很好的真三维表现。通过体光照模型直接将体数据显示出来，可以对其进行显示属性控制，如彩色渲染，颜色反显等;能对体模型进行空间操作，如放大、缩小、平移和旋转等;为了能够洞悉体数据内部信息，可以进行切片处理，将切片信息提出，并对切片数据进行直方图绘制;为了反映体数据内部分布规律，可进行等值线和等值面绘制。 所实现的可视化系统在对多种科学数据进行应用后，具有很好的实际应用效果和研究意义。三维可视化技术是对空间信息的直观表达，它的目标是追求视觉效果和信息获取的统一，地理信息系统是对空间信息进行分析和管理以及实现决策功能的最好手段。尤其目前正处于“数字地球”的概念被提出和虚拟现实技术蓬勃发展期，作为这两者的技术关键的该项研究更是有着鲜明的现实意义和实用价值。