三维GIS是GIS发展的重要方向之一,也是新一代GIS研究的重点之一.三维数据的获取和生成是制约三维GIS研究和应用的一个瓶颈,并且目前GIS缺乏针对大范围、高精度的海量三维空间数据的处理能力.该文针对GIS的基本数据类型——三维栅格数据,重点在三维栅格数据的生成和组织方面进行了深入研究.该文首先讨论了三维数据特点和三维实体的特征,在分析了已有三维数据模型的优缺点和通用三维GIS对数据模型需求的基础上,重点讨论了三维混合模型的改进和生成,认为要使三维矢量和栅格数据真正一体化,就必须在基本数据组织结构上取得突破,将混合模型中的两种数据联系起来并实现互动.该文在三维体对象建模中集中体现了矢量栅格一体化思想,将边界表示方法的建模思想融入了空间枚举方法来处理体对象的边界格网,在整个过程中贯穿了栅格模型对空间进行划分的思想及数据组织方式,突出了对可视化表达的支持,使得体元数据的生成过程集成了矢量与栅格模型的生成特点,形成了统一的建模过程.基于这一思路,该文对常用的三维基本数据组织结构——八叉树结构进行了改进,提出了一种新的八叉树模型——多分辨率八叉树,该模型在扩展八叉树的基础上改变了传统八叉树八分的固定模式,使之适于组织海量数据.并参考现有标准,在面向对象技术的框架内对矢量数据和栅格数据进行了统一管理.三维栅格数据是三维数据的重要类型,也是三维GIS数据管理的重要内容,在三维建模中有着独特的优势.大数据量是三维栅格数据的内在特征之一,为了高效地操作三维栅格数据,必须对其进行组织和管理."分而治之"作为基本思想、外存模型技术作为基本技术始终贯穿于海量三维栅格数据的生成和组织中.在该文的外存模型技术体系中,八叉树结构作为中间结构来统一进行内外存的数据组织和交换.三维栅格数据的快速、高效生成是三维数据生成的关键问题之一.该文实现了海量八叉树数据的高效生成算法.该算法采用自下而上的方法自适应地构建八叉树结构,并单独处理边界格网,对边界不规则体元采用裁剪方法进行建模.和传统的八叉树生成算法相比,该算法降低了处理过程中对内存的要求,提高了边界格网的质量.目前大多数细节层次模型研究都是面向面三维模型的,不适合处理三维栅格数据.该文研究了面向栅格数据的离散静态细节层次模型的生成方法,这是一种全局的、基于滤波的方法,适用于现有的现势性不强的离散三维数据,并根据栅格数据的不同分辨率建立栅格数据的层次结构,以便于对数据进行自适应调度;同时改进和优化了R树索引在三维空间中的性能,提高了三维对象检索和查找的效率,满足了三维GIS的要求.最后,该文对主要研究成果、创新点进行了总结,并对后续研究工作进行了展望.