地形信息的三维可视化对军事、仿真、虚拟现实、地球科学等学科都有非常重要的现实意义。要体现地形重构后的空间真实性,必须以地理信息系统(Geographic Information System,GIS)为依托,具体体现在数据来源,坐标定义,空间查询等方面,而目前大多数GIS软件对数据的处理方式还是以二维为主,三维GIS技术的出现是对传统GIS工作方式的扩展。另一方面,由于计算机硬件的限制和数据量的庞大,现有的三维渲染软件不支持运行以GIS为背景的实时海量地形数据的更新和修改,因此基于GIS的地形重构给传统的虚拟现实技术带来了挑战,必须解决海量地形数据的调度以及场景漫游时的渲染流畅性等问题。大规模的地形生成及漫游技术已成为虚拟现实和三维GIS研究的热点。另外,三维GIS条件下的空间查询是目前大多数地形重构系统的基本功能,以此为需求,必须解决三维地形场景中的空间定位、地物标识方式、地物拾取技术以及查询方式的设计等问题。实现以GIS为技术背景的空间查询是对传统虚拟现实地形重构系统的功能延伸,是GIS三维扩展后的最大亮点之一。为此本文做了以下工作:首先针对课题项目,对构建一个基于GIS的三维地形重构系统进行了需求分析及系统总体设计。其中包括对地形重构的数据源以及系统开发工具平台做了选择。其次在分析目前成熟的大规模地形重构技术的基础上,通过采取地形分块分层技术来对原始地形数据进行预处理,建立起静态层次细节(Level of Detail,LOD)模型,在地形绘制时依据视点相关的判别准则来进行地形多分辨率构造,从而提高地形网格的渲染效率。并实现了一个基于地形数据分块分层结构的LOD场景管理算法。同时以地形数据的分块存储为依托,实现了一个海量地形数据调度的方法来简化实际调入到内存中的地形数据,减小系统运行开销,提高地形绘制速度。除此之外以GIS为背景,对场景地物标绘和地物空间-属性的基本查询进行了设计与实现。最后对系统的场景管理模块进行了设计及相关实现。在此基础上实现了一个大范围三维场景漫游系统,实验表明该系统运行良好。