LIDAR“Light Detection And Ranging”，即激光探测和测距系统，是近10年出现的高新技术系统，是目前获取地球表面三维信息最高效的手段。目前LIDAR技术系统发展应用的瓶颈是其数据的处理，本文的研究目的就是针对LIDAR数据的特点和不同目标的特征，研究实现地形地物的提取，实现地物、建筑和树木的三维模型重建。 整个研究工作大致分为以下几个部分：1)对LIDAR系统的数据获取原理、数据的特点、表达、应用进行总结和研究。2)不同目标的探测与提取，研究实用的滤波和分类提取方法将地形、建筑和树木从原始点云数据中逐层提取出来。3)重建DTM和建筑、树木的三维模型，其中建筑重建包括筑物轮廓线提取与规则化和建筑屋顶的提取与重建。4)以马来西亚吉隆坡中心区为例，研究虚拟城市建设的流程和方法。本文沿着LIDAR数据获取——数据处理——城市建模——虚拟城市建设这条主线，通过大量算法实验和工程实践，解决了 LIDAR 数据处理和建模中的一系列问题，提出了多个实用的新算法。论文主要成果如下： 1)实现了原始LIDAR激光脚点数据中不同目标的探测与提取，运用改进的“移动窗口拟合曲面法”提取出地形脚点和具有一定高度的建筑脚点；运用“基于多回波的植被提取算法”提取了具有一定高度的树木激光脚点，运用“基于平面增长的建筑分割算法”进行建筑屋顶的分割提取。2)提出了“基于Alpha Shapes模型法”和“基于Delaunay三角网法”两种新的建筑轮廓线提取算法；提出了改进的“管子算法”以适应于原始轮廓线的简化；提出了适用于四边形的“矩形外接圆法”和适用于多边形(大于四边形且边数为偶数)“分类强制正交法”进行轮廓线规则化法，最终解决了离散数据点提取规则建筑轮廓线的核心问题。3)实现了建筑和树木的三维重建，利用建筑轮廓线和高度实现平顶建筑的三维重建；利用Delaunay三角网法进行建筑屋顶的重建；提出了基于LIDAR数据高大树木的三种不同三维重建方法。4)实现了基于LIDAR数据虚拟城市建设，结合马来西亚吉隆坡中心区虚拟城市建设，研究了虚拟城市建设的完整流程和方法。