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三维GIS是许多应用领域，特别是城市规划与建设管理部门对GIS的扩展要求。 目前的GIS大多提供一些较为简单的三维显示和操作功能， 但这与真三维表示和分析还有很大差距。 真正的三维GIS必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间数据库， 解决三维空间操作和分析问题。其主要研究方向如下：
(1) 三维数据结构的研究，主要包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化。
(2) 三维数据的生成和管理。
(3) 地理数据的三维显示， 主要包括三维数据的操作、表面处理、栅格图像、全息图像显示、层次处理等。