随着测绘科学的不断发展，人们获取空间数据的能力不断增强，更多的人希望通过空间数据的挖掘来把握事物的发展规律以指导决策。地理信息系统，简称GIS，它作为空间数据处理的重要手段，经过许多年的发展已经深入到土地管理、交通、电力、城市规划、水利等诸多领域。随着GIS应用的不断深入，能够再现人们所生存的客观世界的三维GIS应运而生，并在最近几年取得了很大的成果。然而，当今的三维GIS系统主要用于可视化，空间分析功能还不够强大，不够人性化，一些分析结果仅能显示不能作为数据导出，这些问题正是制约三维GIS走向专业化应用的瓶颈之一。　　本文以三维场景下几种典型空间分析方法为研究对象，通过研究已有的空间分析的技术方法，实现了典型的三维空间量测功能，其中包括坐标查询、距离量算、面积量算、体积量算、角度量算;实现了典型数字地形分析功能，其中包括坡度、坡向分析、剖面分析、地形修改以及水淹分析;实现了典型的可视性分析功能，其中包括通视分析和视域分析。　　本文采用了平球一体化的三维场景搭建方案，使平球数据显示一体化、分析一体化。本文还改进了原有的水淹分析算法，解决了有源式水淹分析中的需考虑连通性、分析效率低等问题，使水淹分析的结果更加准确。利用基于GPU的视域分析算法解决了分析中的多源数据的实时分析问题，又基于“分块求交”的思想解决了视域分析中分析结果的导出的问题。本文还通过多视口显示、设置透明效果等方法对分析的结果进行了优化，使分析更加的人性化。