一個完善的GIS系統設計方案包含系統界定，系統詳細設計，系統總體設計，數據庫設計方案，系統編號保持和系統試運轉及其調節安裝等幾層面的內容，而在其中最重要的、也是不可或缺的階段是數據庫設計方案。由于數據庫設計方案的成功與失敗立即關聯到全部系統的取得成功是否，并且立即危害后邊階段的設計方案情況。假如數據庫設計方案不善，系統編號保持全過程中的目標啟用、數據儲存及其系統試運轉中的空間分析等馬上會出現數據啟用不正確和結果剖析有誤等狀況，在某種意義上也就失去系統的設計方案實際意義。伴隨著近些年三維數據技術性的持續發展趨勢，又促使三維GIS數據總體設計變成數據庫設計方案中最重要的階段。文中將從下列好多個層面對三維GIS數據模型開展論述。
（一）三維GIS數據模型基本要素
因為二維GIS數據模型與數據構造基礎理論和技術性的完善，圖形學基礎理論、數據庫基礎理論技術性以及它有關電子信息技術的進一步發展趨勢，再加運用要求的明顯促進，三維GIS的全力科學研究和加快發展趨勢已經變成將會。由于自然地理室內空間在實質上就是說三維的，過去的幾十年里，二維繪圖和GIS的快速發展趨勢和廣泛運用，促使不一樣行業的大家大多數接納了將三維全球中的室內空間實體線轉換為二維投影的概念數據模型。但伴隨著運用的深層次和實踐活動的必須又逐漸普遍存在二維GIS簡單化全球和室內空間的缺點，因此相關工作人員又迫不得已再次思索自然地理室內空間的三維本質屬性與在三維空間概念下的一系列自然地理解決方式。從三維GIS的視角考慮考慮到，三維自然地理室內空間需有以下有別于二維空間的本質特征：（1）幾何圖形座標提升了第三維信息內容（Z座標信息內容或H座標信息內容），即垂向座標信息內容。
（2）垂向座標的提升造成 了繁雜的室內空間拓撲關系。在其中突顯的一點是不論是零維、一維、二維還是三維，在垂往上都具備繁雜的拓撲關系；如果說二維拓撲關系在平面圖上是呈圓環狀散發屈伸得話，那麼三維拓撲關系就是說在三維室內空間中的無限拓寬。
（3）三維自然地理室內空間中的自然地理目標具備豐富多彩的內部信息內容（如特性遍布，結構形式、關系特點等）。
（二）三維GIS研究現狀
做為一門興盛的交叉學科，伴隨著室內空間數據庫的逐步完善，很多技術化GIS軟件的室內空間數據庫作用也日益完善。但絕大部分的技術化GIS軟件也只有是在二維平面圖上仿真模擬并解決現實世界上所碰到的狀況和難題，一旦涉及三維難題，通常覺得心有余而力不足。而GIS解決的室內空間數據從實質上而言是呈三維持續遍布的，相關地質學、氣候、水文學、開采、地表水、災難、環境污染等層面的天氣現象是三維的，當這種行業的生物學家嘗試以二維系統來敘述他們時，也不可以將其精準體現、剖析或顯示信息。三維GIS的技術性與二維GIS類似，但在數據收集、系統維護保養和頁面設計等層面要繁雜得多。現階段科學研究和開發設計三維GIS的構思關鍵有二種：（1）因為三維GIS最先要將自然地理數據變成由此可見的地理信息，因而大家一方面從三維數據可視化行業向三維GIS系統拓展，這一點同初期的二維GIS來自電子計算機繪圖管理方法一樣,是以數據可視化視角考慮的。
（2）另一方面，GIS必須儲存和管理方法很多的空間數據和特性信息內容，因而另一部分人從數據庫的視角考慮向三維GIS發展趨勢，從商業數據庫向非標主要用途拓展，將三維空間數據的管理方法融進RDBMS中，或是以最底層開發設計全新升級的朝向室內空間的OODBMS，如GODO，GeoO2，GEO++，SmallWorldGIS等。一個新的發展前景是將三維數據可視化與三維室內空間目標管理方法融合起來,產生集成化系統。
（三）三維GIS數據構造
三維數據構造同二維一樣，也存有柵格和矢量素材二種方式。柵格構造應用室內空間數據庫索引系統，它包含將自然地理實體線的三維室內空間分為細微的模塊，稱作體元或體原素（二維柵格數據構造稱作象元或清晰度）。儲存這類數據的非常簡單方式是選用三維行程安排編號，它是二維行程安排編號在三維下的擴大，這類編碼方法將會必須很多的儲存空間，并且存有縮小高效率較低、信息內容破損的狀況。更加繁雜的技術性是八叉樹，它是二維數據四叉樹的拓寬。三維矢量素材數據構造的表達方式有多種多樣，在其中應用最廣泛的是具備拓撲關系的三維界限表示法和八叉樹表示法。1.八叉樹三維數據構造用八叉樹來表達三維型體，既能夠 當做是四叉樹方式在三維室內空間中的拓展，也可說成是用三維體素列陣表達型體方式的一種改善。八叉樹的邏輯結構以下：假定要表達的型體V能夠 放到一個充足大的正方體C內，C的凌長為2n。那麼針對型體VC，它的八叉樹可以用下列的遞歸方法來界定：八叉樹的每一連接點與C的一個子正方體相匹配，樹桿與C自身相對性應，假如V=C，那麼V的八叉樹僅有樹桿；如果V并不等于C，則C等分成八個子正方體，每一子正方體與樹桿的一個子連接點相對性應。要是某一子正方體并不是徹底空白頁或徹底為V所占據，就需要被八等分，進而相匹配的連接點就擁有八個子連接點。那樣的遞歸分辨、切分一直要開展到連接點所相匹配的正方體或者徹底空白頁，或者徹底被V占有，或者其尺寸已成事先界定的體素尺寸，而且對它與V之交作一定的“舍入”，使體素或覺得是空白頁的，或覺得是V所占據的。這般轉化成的八叉樹上的連接點可分成三類：
（1）灰連接點，相匹配的正方體一部分的為V所占據。
（2）白連接點，相匹配的正方體中五V的內容。
（3）黑連接點，相匹配的正方體徹底被V所占有。
后兩大類又稱之為葉節點。因為八叉樹的構造與四叉樹是十分類似的，因此八叉樹的存儲結構方法能夠 徹底延用四叉樹的相關方式。依據不一樣的儲存方法，八叉樹還可以各自稱之為基本的、線型的、一對八的八叉樹等。
（1）基本的八叉樹：八叉樹的存儲結構是用一個有九個字段名的紀錄來表達在其中樹中的每一節點，在其中一個字段名用于敘述該節點的特點，其他的八個字段儲放偏向其八個子節點的表針。這也是最一般的表達樹型數據的存儲結構的方法。基本八叉樹缺點較多，較大 的難題是表針占有了很多的儲存空間。因而，這類方法盡管十分當然，非常容易把握，但在儲存空間的利用率層面不很理想化。
（2）線型八叉樹：線型八叉樹重視考慮到如何提高空間利用率，用某一預先確定的順序遍歷八叉樹，將八叉樹轉化成一貫線型表，表的每一原素與一個節點相對性應。線型八叉樹不但節約儲存空間，對一些與運算也較為便捷，可是因此努力的付出代價是缺失了一定的協調能力。
（3）一對八式的八叉樹：一個非葉節點有八個子節點，以便明確考慮，將他們各自標識為0，1，2，3，4，5，6，7。從上邊的詳細介紹能夠 見到，假如一個紀錄與一個節點相對性應，那麼在這個紀錄中敘述的是這一節點的八個子節點的特征值。而表針得出的則是該八個子節點所相匹配紀錄的存放點，并且還暗含的假定了這種子節點紀錄儲放的順序。換句話說，即便某一紀錄是多余的，那麼相對的儲存部位也務必空余在那里，以確保不容易不正確地存儲到其他平輩節點的紀錄中。那樣自然也有一定的奢侈浪費，除非是它是徹底的八叉樹，即全部的葉節點均在同一層級出現，而在該層級之中的全部層中的節點均為非節點。以便擺脫這類缺點，一是提升測算量，即在存儲相對節點以前，最先查驗它的父節點紀錄，看一下以前幾個葉節點，進而能夠 了解應當怎樣存儲所需節點紀錄，這類方式的儲存要求毫無疑問是最少的，但要提升測算量；另一個是在紀錄中提升一定的信息內容，使測算工作中適度降低或是更為便捷。比如，在原紀錄中提升三個字節數，一分成八，每一子節點相匹配三位，意味著它的子節點在表針偏向地區中的偏位。因而，要尋找它的子節點的紀錄部位，要是固定不動的把表針偏向的部位再加偏移乘上紀錄所占的字節數，就是說所需的記錄位置。
2.三維數據的顯示信息
三維顯示信息一般 選用截面圖、等距平面圖、雙層平面圖和立體式塊狀圖等多種多樣表達形式，大部分三維光電技術限于CRT顯示屏和繪圖紙的二維表達形式，大家能夠 觀查到地理現象的三維樣子，但不可以將他們做為離開的實體線開展剖析，如立體式不可以被精確測量、拉申、更改樣子或組成。依靠三維光電技術，根據離開的標高點產生等高線圖、截面圖、雙層平面圖和透視圖，能夠 把這種最開始全是人工服務進行的工作中，用各種各樣計算機語言快速高效率地進行。
（四）三維GIS室內空間數據庫作用
現階段，三維室內空間數據庫所科學研究的內容及其保持的作用關鍵包含：
（1）數據編號。指收集三維數據和對其開展實效性查驗的專用工具，實效性查驗將伴隨著數據的自然屬性，表達方式和精密度水準的不一樣而不一樣。
（2）數據的機構和重新構建。包含對三維數據的拓撲敘述和及其從一種表示法到另一種表示法的變換（如從矢量素材的界限表達變換為柵格的八叉樹表達）。
（3)轉換。即能對全部物塊或某一類物塊，又能對某一物塊開展位移、轉動、裁剪、占比放縮等轉換。此外可以將一個物塊轉化成好多個及其將好多個物塊組成一個。
（4）查尋。此作用取決于單獨物塊的本質特性（如部位、樣子、構成）和不一樣物塊間的關聯（如聯接、交點、樣子類似或組成類似）。
（5）或運算。根據與、或、非及其異或運算符對物塊開展組成與運算。
（6）測算。測算物塊的容積、面積、管理中心、物塊中間的間距及夾角等。
（7）剖析。如測算某一類等高線的遍布發展趨勢或其他指標值及其開展模型的較為。
（8）創建模型。針對給出的種類數據依照一定的建模方法對數據開展模型。
（9）視覺轉換。在客戶挑選的一切聚焦點，以客戶明確的角度、占比系數、標記來表達全部的等高線或一些特定的物塊。
（10）系統維護保養。包含數據的一鍵備份，安全系數對策及其網絡工作管理方法。由此可見，三維GIS的數據構造以及數據庫基本原理技術性都比較健全，研究內容也比較確立。可是目前為止，現階段國際性中國都還沒一個完善詳細的三維GIS系統，與三維GIS有關的系統大多數集中化在三維數據可視化層面，如EVS，Vis5D，Voxel，醫藥學數據可視化及各種各樣CAD軟件等，也是一些三維系統一部分保持三維GIS的作用,較為知名的軟件有：LYNX，IVM（InteractiveVolumeModeling），GOCAD，I/EMS，SGM等。
結語
三維GIS數據模型的科學研究是GIS技術性飛速發展、廣泛運用并走向成熟的一個關鍵步驟，也是GIS技術性走向輝煌多方位服務項目環節的至關重要樓梯。而三維數據構造科學研究和三維GIS室內空間數據庫的作用科學研究也是在其中的頭等大事，絕不能心存僥幸！