21世纪是海洋的世纪，海底观测系统的建设标志着海洋开发和研究的新阶段，海底观测平台不受海洋风浪的限制，能够定点、连续地观测记录海洋数据，但随之而来的问题是对于这些来之不易的海量数据，如何能快速、直观地表达其特征和变化。本文将地理信息系统与虚拟现实技术相结合，利用多源、异构的基础数据，建立逼真的动态三维虚拟海洋环境，在虚拟海洋中对观测数据进行可视化，使研究人员能够直观地观察到海洋环境的演变。 本论文的主要研究工作和成果包括： 分析海底观测系统涉及的各种专题数据和实时数据的数据结构，以数据质量评价和数据共享为目的，在国内外元数据标准的基础上，建立海底观测可视化信息系统元数据及其应用系统； 分析创建虚拟海洋环境所需的多源、异构数据的特点，基于ArcSDE和SQLServer2005建立海底观测可视化信息系统数据库； 制定海底观测系统通讯协议，通过Socket异步技术和多线程技术实时接收和监测海洋数据； 对海洋环境中的各种可见现象(如海底地形、海浪、海洋生物等)和不可见现象(如温度场、流场等)进行多维建模，根据各自特点进行分块分层、合理组织，建立细节层次模型，创新性地提出一种基于索引顶点数组的大尺度海面LOD算法； 使用C＃和OpenGL编程实现海洋环境的动态三维可视化，实现了云、雾、光照、天空、大规模海底地形、不同海况下的海浪、海洋生物和海底观测平台的模拟；以多种形式展示温度场、盐度场、流场等标量场和矢量场的分布。创新性地提出一种基于OpenGL顶点着色的颜色编码技术实现了等值线图的三维渐变填充；同时将先进的GLSL顶点着色语言引入虚拟海洋可视化，通过对GPU渲染管线进行编程大大增加可视化的逼真度、提高模拟的效率； 基于ArcEnpine和OpenGL实现海底观测可视化信息系统，将GIS与海洋虚拟现实技术相结合，实现了二三维联动、缩放、查询、分析、漫游等功能，展现了一个栩栩如生的虚拟海洋环境。