本文从二维GIS与三维GIS发展和应用的角度出发,探讨了常见的二三维一体化GIS几种模式的特点和缺陷,提出了二三维一体化GIS在数据模型、渲染接口、空间坐标系及矢栅一体化上需要解决的一系列问题。重点对地图投影及坐标系、多比例尺矢量数据在球面上的表达、矢量数据在三维API中的符号化进行了较为系统的分析、论述和试验。本文完成的主要工作有:1.通过对平面模型地图中地图投影概念的分析,总结了地图投影及平面地图参考系中存在的一些局限性问题,提出了基于地理球面或椭球面的地理空间,并在球面上进行矢量数据可视化表达的新思路,保证了大范围矢量数据在表达上的连续性和一致性。2.论述了多比例尺矢量数据表达的方式与意义,分析了常见的提高矢量数据绘制速度的策略。在自动制图综合理论和技术还没有完全成熟的情况下,提出了基于系列比例尺地形图数据的多比例尺表达方式,并通过采用多线程技术和内存池技术实现了多比例尺数据在三维空间中的快速表达和组织调度。3.对地图符号的基本概念和分类作了简要的描述,分析了点状要素符号、线状要素符号及面状要素符号各自的特点以及构造的原理,提出并实现了它们在三维接口（OpenGL）中的符号化方法。4.从地图适人化的表达和屏幕信息载负量的角度出发,提出了基于细节层次思想的电子地图要素选取方法,该方法主要是对地图各要素进行LOD因子的设定,并且总结了与该因子密切相关的一些因素。