三维GIS作为数字地球的解决方案之一,理论和技术发展日臻完善。相比于二维GIS,三维GIS具有良好的海量、多源、异构数据融合能力和直观的三维可视化表现能力。随着数字城市的提出,三维城市可视化成为研究的焦点。本文分析了国内外的研究现状,对比了国内外主流三维平台的优缺点,分析了研究的关键与存在问题。对比了不同的三维空间数据模型,采用基于面向对象的思想,提出了一种面向对象的数据结构,实现了较为规则空间实体对象的三维重建。研究了三维GIS建设中的主要建模对象,总结了现有的三维GIS的建模方法,对比各种方法的优缺点,综合得出本文所用的建模方法。根据三维模型的数据来源不同,介绍了如何通过SketchUp软件创建城市三维模型的方法,讨论了地形、地物,特别是建筑物的三维模型问题,给出了这几种空间对象的具体建模方法,并在实践中进行了应用。并在对现有三位平台的对比中,ESRI公司的ArcGIS软件,由于其架构灵活、接口开放、二次开发能力强等特点,选择ArcGlobe作为三维可视化的基础平台。并针对三维平台上模型的真实感不强的缺点的基础上,提出了采用三维建模软件创建三维模型,采用SketchUp建模软件创建模型并将其转换为GIS中能识别的矢量数据格式,以此数据为基础调用GIS软件的功能模块开发三维GIS系统。最后以北京市区为例,从系统设计、数据库建设、功能模块开发等方面详细介绍了三维GIS系统的开发与可视化。