GIS行业经过四十多年的发展,二维GIS已趋于成熟而三维GIS成为GIS新的发展趋势;计算机图形学和计算机硬件计算能力的飞速发展,为三维GIS提供了有效的技术支持;随着遥感、摄影测量等技术的应用,测绘行业在获取信息方面不论是获取信息的效率还是数量上都不断提高;另外,随着“国家基础测绘设施”项目的实施,湖北省基础地理信息数据库的建设日臻完善。基于以上理论、技术和数据的支持,实现大范围内多源空间数据的三维可视化有着重要意义。本文在湖北省基础地理信息中心“三维地理信息漫游查询系统”项目的资助下,对多尺度、多数据源、多分辨率、无缝的海量空间数据的三维可视化方面做了深入研究,侧重解决大范围海量地形数据与实时渲染的矛盾问题。对海量地形数据的多分辨率模型设计、矢量数据的叠加、地形的三维建模、基于索引机制的地形数据块的动态调度、球体的交互操作等方面展开研究,并利用上述成果实现了三维地理信息漫游查询系统核心部分的开发。本文的研究内容主要有以下几个方面:1.对多分辨率LOD模型做了详细的介绍,提供了基于四叉树的LOD模型的算法。在此基础上采用球面四叉树模型对DEM数据和纹理数据进行分层、分块等预处理,从而建立起多分辨率LOD模型,采用简单明了的编码方法对预处理后的数据进行组织和存储,详细讨论了各数据块之间的拓扑关系和边界残缺数据块的处理。2.采用地心大地坐标系,实现了基于规则格网的三维模型建立。对LOD模型各层次过度过程中出现的数据块缺少或者丢失做了有效处理。另外,采用图层的概念组织不同的数据源,对不同类型的数据源采用不同的渲染优先级,在使用过程中还可根据实际需要改变各图层渲染的先后顺序。3.提出了将矢量数据同样采用球面四叉树的LOD模型叠加到地表。由于采用了同样的LOD模型建立规则,从而实现矢量数据与栅格数据的无缝集成,消除矢量数据叠加时出现的悬空或者陷入的现象。4.在充分利用有限计算机资源方面,首先采用基于视景体的数据裁剪和设置图层可视域的方法减少参与建模和渲染的处理对象。另外,实现地形数据块的动态调度,通过对载入内存的数据块建立索引,当在需要载入新的地形数据块时,若内存中已载入数据块的数量达到预设值,则采用最近最久未使用置换算法(least recently used,LRU)从内存中清除最近最久未使用的数据块,然后载入新的数据块,否则直接载入数据块。5.采用多线程程序设计的思想,将数据的载入删除、模型的建立、法方向的计算等工作作为后台线程运行,保证GaeaGlobe具有较好的交互性和实时性,及流畅的飞行、漫游和定位等操作。6.对三维场景的动画仿真技术进行了探讨。通过对程序空闲时间的处理和更新线程的设计实现了帧动画。7.采用四元数实现球体的旋转,研究了基于整个地球为操作对象的三维场景的漫游、缩放和线路飞行等常用功能的实现,使得GaeaGlobe具有良好的可操作性。在上述研究工作的基础上,利用C#.NET、XML、Direct3D实现了大面积海量地形数据三维漫游查询系统的核心部分,已有的功能包括三维场景的建立、数据的加载、图层的控制、三维漫游、线路飞行、线路绘制与管理、标注的添加与管理、DLG图层中要素的查询与定位等。由于时间有限,系统的更多功能的开发还在进行之中。但在实现项目的过程中完全利用面向对象的方法保证了系统具有良好的可扩展性,为系统的进一步完善和以后功能的扩充提供了充分的支持。随着系统的完善,对推动大范围三维地形可视化研究和湖北省基础地理信息的应用有着重要的意义。