黄河是中华民族的母亲河,黄河流域水文变迁给人类文明发展带来了巨大的影响。随着年份的增加,关于黄河的时空数据日益增多,如气象数据、地理数据等,黄河流域产生的数据大小和价值是不可估量的。如何更加直观、便捷地管理与展现黄河时空数据带来了挑战,同时也带来了机遇。为了解决黄河流域时空大数据管理不易、可视化不直观等问题,本文采用大数据处理技术和三维数据可视化的技术进行了融合研究,探索了如何高效、准确地对黄河时空数据进行处理和渲染可视化的问题,对黄河流域的科学治理与决策有着重要研究价值和社会意义,同时为时空数据处理与可视化提供了一种思路。本文在时空数据与仿真渲染引擎的研究基础上设计并实现了一款面向黄河时空数据由数据驱动、三维渲染、可视化仿真于一体的轻量级仿真渲染引擎YellowRiverEngine。本文的主要工作如下:（1）设计了YellowRiverEngine引擎整体架构。首先为解决跨平台问题,本文引擎结构采用B/S结构;为解决时空大数据计算问题,服务器端采用MapReduce模型进行并行化计算;为解决时空数据直观化问题,浏览器端面向黄河时空数据基于WebGL进行开发和封装,提供三维仿真和数据可视化渲染,二者协同工作完成本文引擎数据驱动和仿真渲染数据。（2）提出了处理黄河时空数据的方法。为解决黄河时空数据的多源性和异构性,抽象出黄河时空数据模型YRDataModel标准化时空数据结构,实现了基于MapReduce模型并行计算黄河时空数据,提出了一种抽稀插值法提取黄河流域DEM格网数据并映射到场景顶点坐标,实现了以关系型数据库存储和仿真场景导出两种方式对时空数据进行存储。（3）实现了面向黄河时空数据仿真渲染。基于WebGL图形库,实现了基于八叉树算法的场景管理优化、多线程渲染、渲染资源管理、基于扫描线增量插值法的网格z值提取、渲染着色器、海量数据加载LOD调度、三维模型导入、人机交互事件监听、数据序列化、基于向量场预插值算法的粒子计算、物理效果等功能,为引擎可视化提供支撑。基于YellowRiverEngine引擎实现了配套的可视化在线编辑器YellowRiverEngine-Editor,简化使用者操作,旨在快速开发三维场景和仿真数据可视化。（4）实现了引擎的应用。基于YellowRiverEngine引擎,实现了黄河流域三维地形快速建模、风场数据可视化、水流含沙量可视化、洪水灾害仿真模拟,验证本文引擎数据渲染效果良好。本文研究解决了黄河时空数据多源性和异构性,仿真渲染引擎大数据渲染和计算等难题,并通过实现的YellowRiverEngine引擎和YellowRiverEngine-Editor编辑器对黄河时空数据进行三维仿真渲染,解决了黄河流域数据的长时间和广空间特征展现不直观问题。同时对引擎的性能进行了测试,验证了本文引擎能支持数据的实时交互。本文研究成果对黄河流域的科学决策、生态保护有着研究价值和现实意义。