本文以空间数据库为基础，主要研究三维GIS中的空间数据模型和三维可视化技术。 本文详细分析了基于域和基于对象两种空间数据模型集成的各种问题及相应的解决措施，提出了一种面向对象三维GIS集成数据模型，并深入讨论了集成模型的体系结构。 目前还没有通用的方法表示三维空间拓扑结构，尤其是三维体对象之间的拓扑关系。本文提出了一种三维空间拓扑结构，基于一定的空间划分，通过几种基本的拓扑关系的定义，能够不依赖几何嵌入，快速推导出各种拓扑关系。本文深入讨论了基于这种拓扑结构的几种重要的拓扑查询的实现方法。并且，基于二元拓扑关系的形式化描述，本文提出了一种三维拓扑关系的优化判断方法。 以V-Reactive树索引结构和透视查询为基础，本文提出了一种细节层次技术和多比例尺综合技术的集成实现机制。针对三维可视化的特点，本文分析了该集成机制的性能优化方法，并讨论了基于三维对象的动态缓冲管理技术。本文还以空间数据库和VRML文件为基础，提出了一种三维Web-GIS体系结构。 本文设计和实现了一个三维GIS实验系统。该实验系统以海量数据应用为背景，实现了三维GIS的一些基本功能和本文提出的一些三维GIS技术。并且，通过CAD数据的创建和转换，实现了校园三维GIS实验系统。