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三维GIS是目前GIS发展的趋势之一。相比于二维GIS,三维GIS在对客观世界的表达方面能给人以更真实的感受,它以三维立体的造型技术给用户展现更真实的地理空间现象,不仅能表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达它们之间的垂向关系。另外,对空间对象进行三维空间浏览、分析与操作也是三维GIS特有的功能。本文深入分析了当前三维GIS发展的情况,对当前主要应用的三维空间数据模型进行了总结、归纳和分类,并对比分析了不同的三维空间数据模型的适用性和优缺点。对三维模型格式进行了详细研究,重点介绍了ArcGIS中的三维数据模型MultiPatch格式,通过ArcObjects组件接口对不同的MultiPatch数据模型特点进行了编程模拟构建,并研究了其他三维数据格式与MultiPatch数据格式之间的转换。另外针对GIS软件中的三维可视化模块在模型处理上还存在着较大的不足,模型真实感不强;而通用的三维建模和可视化软件则在GIS功能上又相当薄弱的现状,提出了一条利用SketchUp批量处理二维GIS数据,实现快速三维场景建模和利用ArcGIS平台开发实现三维场景驱动,提出了一条构建三维GIS系统开发的技术路线。文章最后以一个小区为三维GIS系统实验原型,利用小区的二维矢量数据,导入SketchUp软件建立三维模型,并对模型进行渲染生成较真实感的三维模型,并结合ArcGIS软件的开发平台(ArcGIS Engine)实现三维的场景驱动,最终建立一个能满足GIS三维可视化要求和空间分析的三维GIS实验系统。本论文的创新之处在于:采用了SketchUp软件与ArcGIS平台相结合的方式创建三维GIS系统,利用二者的交互可解决二维GIS数据批量生成三维模型的方法;提出一种利用SketchUp软件进行遥感影像阴影分析的方法,米粗略获取影像中二维地物的高程信息;通过基于ArcGIS平台的场景驱动,解决了以往三维场景中三维模型只能显示,不能查询编辑的问题,实现了数据的查询与编辑;在三维建筑内部实景的现实中,将360度全景技术引入到三维GIS系统中,以最少的系统资源消耗,较好对的三维建筑内部实景进行显示浏览。