随着民航运输的快速发展，民航业对空域使用和飞行效率的要求日益提高。现阶段飞行程序保护区的设计基于CAD软件实现，虽然弥补了手绘阶段周期长的不足，但是仍然存在低效、可视化程度较低等缺点。面对当前地理信息技术和计算机仿真技术的发展，飞行程序保护区的三维呈现需求与日俱增。为了完善现有的程序设计工作，开辟新的设计手段，民航东北空管局与中国民航飞行学院联合开发项目“仪表飞行程序三维模拟仿真”，本论文依托项目二期的研发工作，对三维保护区的算法进行了理论研究。本文首先将三维空间数据分析方法与国际民航组织Doc8168文件中保护区的构建原则相结合，奠定了算法研究的理论基础。其次，针对传统程序和PBN程序展开算法研究，构造了直线程序三维保护区算法模型：以空间多面体节点数据为数据基元，建立了基于形函数构造保护区主区三维算法模型；以三棱柱为体元模型，选用锥面函数作为副区模型的核函数，构造了保护区副区算法模型。依据传统程序和PBN程序转弯保护区构建原则的差异，选取多面函数内插法对传统程序转弯保护区三维算法进行研究，同时使用B样条曲面构造PBN转弯程序风螺旋曲面模型。最后，基于三维保护区算法模型，针对特定程序，基线转弯程序，生成了基线转弯程序三维保护区算法模型，实现了特定航段类型的三维保护区算法。本论文针对三维保护区的算法建模为项目二期三维保护区的自动生成提供了理论依据，同时为不同类型的飞行程序三维保护区算法建模提供了理论指导，完善了仪表飞行程序设计的三维可视化技术。