随着空间信息获取技术和计算机技术的发展,地球空间信息及其处理能力已得到极大的丰富和加强,人们渴望利用这些空间信息来认识和把握地球和社会的空间运动规律,进行虚拟再现、科学预测和调控。在经济快速发展以及信息化的快速推动下,经济条件好的城市已纷纷建立起数字城市三维GIS系统,但这些系统主要侧重于三维可视化,以及提供一些常规的空间分析功能。众所周知,数字城市三维GIS在提供三维视觉认知的同时,还应提供更深刻的解析空间分析功能,而缺乏新的三维空间分析方法与功能正是制约数字城市三维GIS更广泛深入的专业化应用的主要瓶颈之一。本文通过研究一些空间分析的基础算法和典型方法,为城市建设与发展以及人们生活中“面向解决与空间有关的问题”提供科学实用的空间决策支持,主要研究了以下几方面的内容:1.空间分析的理论与基础算法。要开展空间分析的研究,首先对空间分析的内涵、方法以及模型进行系统的概括与总结。以此为指导,分别研究和提出了空间关系、任意多边形裁剪(交并差补)、通用Delaunay三角剖分、骨架化等基础空间分析算法,不仅为下文的若干复杂空间分析提供了基础,同时已经在地形三角网的构建和编辑、典型地物的快速建模、基于DSM数据屋脊线提取和屋顶面剖分重建等方面得到了应用。2.地物模型与地形模型的匹配。由于地物与地形模型分开建模等现实原因,在城市大比例尺条件下经常会出现地物模型钻入地下或飘在空中等与客观事实不符的情况(典型的如山腰的房屋、沿山公路),为了提高可视化的效果以及后续的定位、查询、分析的精度,地物模型与地形模型的匹配是必经一环。因此,本文系统全面的研究了城市大比例尺情况下地物模型与地形模型的匹配方案和相关算法。3.可视性分析和日照分析。由于三维空间分析基本内容多,且与专业应用模型结合后分析方法更多,比二维的更复杂,所以本文选取应用广且典型的可视性分析和日照分析作为研究重点,分别对其原理、方法及实现算法进行了详细的研究。通过在自主研发的系列软件平台上编程实现后的实验、应用,验证了本文提出的基础算法和研究的典型方法的正确性、可靠性。