由于虚拟仿真技术与计算机技术的快速发展，当前基于传统的二维管理系统或以视频监控为主的人员管理系统已经不能满足复杂环境下可视化、真三维的需求，人们更希望构建一个具有逼真沉浸感、能与虚拟环境交互、具备构想创造性的虚拟仿真环境。因此，复杂环境下的三维虚拟交互系统研究与应用成为当前虚拟仿真技术研究的热点。本文以室内三维虚拟交互系统设计与开发为主线，以中国矿业大学环境与测绘学院办公楼室内定位应用为研究实例，根据室内虚拟系统实时性与交互性的特点要求，从系统建设的功能需求，体系结构的构建，系统框架设计，系统开发平台优选，关键算法与模型实现等几方面展开研究，并实现了原型系统的开发和实例验证。首先在分析虚拟环境精细化模型构建基础上，结合室内虚拟环境建模特征和建模技术指标，构建室内虚拟场景精细化建模技术流程和一种基于树状层次结构的室内建模方法，借助虚拟建模软件3dsMax构建室内三维虚拟场景，对构建完成的虚拟场景做后期精细化处理；分析虚拟环境实时显示原理，研究虚拟场景加速显示技术，选择虚拟场景优化策略，对室内虚拟场景做优化处理，完成室内真实精细三维GIS环境的最终虚拟模拟。其次，结合Unity3D引擎，利用C#开发语言，针对室内虚拟交互系统中设置的功能如自由交互式漫游、自动寻径漫游、室内人员动态管理、导航查询等，通过研究虚拟场景实时渲染原理、场景中实体操纵原理以及鼠标拾取算法等关键技术的探讨，开发了具有实时性和交互性的室内虚拟交互系统。实现接收实时定位数据的方法、过程、以及定位数据的查询和显示功能并提供实现功能的关键代码，为虚拟交互系统提供新的解决方案。最后，以中国矿业大学环境与测绘学院行政办公楼室内定位应用为系统测试实例，完成了原型系统的开发与实现，测试及系统评估，为以后的虚拟仿真系统提供参考。