二维GIS将三维空间中的对象抽象为点、线、面,并投影到平面上进行表达,由于这种模型具有广泛的适用性,因此迅速应用到各个领域,理论技术的成熟使二维GIS日趋标准化。然而,随着GIS应用在广度和深度的扩展,二维GIS所固有的局限也日益突出,越来越多的领域,如地质、采矿、海洋、气象等部门,都要求GIS具有处理真三维数据的能力。三维GIS的研究成为GIS的一个重要发展方向。 城市,是一个地区政治经济和文化中心,也是GIS应用得最多、最深刻的领域。二维功能的相对成熟使得对三维功能的需求变得更加突出,许多部门如城市规划、环境保护、管线铺设等,都要求GIS具有三维功能,由此产生了三维城市模型的概念及其相关研究。 三维城市模型(3DCM)是用计算机对城市里所有固定对象的表达,是关于城市描述的三维计算机模型。它使得对城市景观的描述摆脱了常规的基于平面图和三维实物模型的表达方式,代之以计算机辅助的三维表现。 然而,目前大多数三维GIS软件还停留在可视化与动画制作上,对其中的许多关键问题,如:三维数据模型、拓扑关系、建模理论以及数据库建设,尚未形成统一的认识和成熟的模型,这在一定程度上阻碍了GIS的深层应用。本文主要研究了三维城市模型的相关理论与技术,理论上提出并阐述了拓扑关系、尺度以及可视化与认知等问题;技术层面上,系统讨论了三维城市模型的建设方法及关键技术,并对三维城市模型的发展进行了展望和思考。