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三維 GIS 技術是在 GIS 的基礎上，將二維地圖轉換為三維地圖的一種技術。該技術擁有GIS技術的地圖功能，還能更加明顯的，更加具體的體現現場的實際情況，給人們展現了一個全方位的地圖結構。
一、三維 GIS 的關鍵技術
1、真三維 GIS 數據模擬
三維 GIS 的基礎一般是三維空間數據模型，該模型在很大程度上也決定了三維 GIS 系統能力。傳統的三維空間數據模型是針對特定領域和專業來建設的，像地質模型，礦山模型等等。這些模型的缺點是數據單一，無法表達多源異構數據等，所以就使得三維GIS技術在實際應用上效率很低。
故而，傳統的三維 GIS 技術已然無法滿足日常所需了，但真三維 GIS 技術，就針對這些問題統一了空間的基準和數據結構，以及多層次的語義和拓樸關系，實現了建筑道路等設施及其部件級別的物理性能和功能語義的轉換，進而達到了室內室外定位的無縫轉接，從而達到了將復雜三維地理環境劃分為三個層次，即地形表面層次，地上下立體空間層次和建筑物三維內部空間層次。
其具體內容為：
（1）以 2.5D 的地表空間管理形式展現地形表面的層次，并且確保整個區域的地形表面空間層次都是合理的空間劃分。
（2）三維空間，在基于基本的立體層次的情況下，決定了地上下的立體層次，進而化抽象為圖像，簡單直觀的展現了三維空間層面的對象精準表達。
（3）結合建筑結構的語義關系，進一步詳細劃分內部空間層次，進而確定建筑物三維內部空間層次，從而建立完整的三維內部空間。
2、精確高效的三維 GIS 集成建模
在 2010 年，“城市三維建模技術規范”被國家住房和城鄉建設部頒布了，不僅在城市規劃設計方面要求做到統一，還在管理等方面提出了新的要求。在 2012 年，三維模型的數據生產、產品以及數據庫被國家測繪地理信息局面向基礎地理信息頒布了，進而模型的類型、內容以及模型數據的采集制作等內容得到確定。
近幾年來，隨著一大批高新技術在進度和速度方面得到了飛速提高，研究的對象大多是地和物的三維自動重建，再根據相關的分辨率、進度等，已使得可供選擇的方案變多，再加上獲取技術的成熟與規范，使得三維 GIS 在進行普及時有了保障。但是，由于各個地區的環境不同，三維建模技術的方式方法也是各不一樣的，需要根據現有的地圖，或高分辨率的影像進行自動建模，另一方面，再結合人工交互式的建模方式，集成建模已經成為日后發展的新方向。
3、大規模三維 GIS 數據的高效組織管理模式
目前，大量的二維 GIS 數據的地形景觀數據的組織管理技術已經很成熟且高效，在很大程度上促進了虛擬地球的應用服務性。然而，三維 GIS 仍然存在難題，比如，如何高效的一體化的組織和管理復雜不均勻的地上地下室內室外的三維空間模型數據。
三維 GIS 數據在高效組織管理上的難題從兩個方面來說：一是由于三維 GIS 數據太過龐大且抽象形狀各異，甚至空間分布稀疏不均勻，進而導致了數據動態存取難的問題。另一方面，在三維空間數據分析和實時可視化的應用過程中，其應用過程越來越復雜，進而導致了空間數據操作的難題。
4、高性能三維可視化分析
對于普羅大眾而言，其可視化主要表現出的就應該是平滑流暢、逼真高效，這實則也是三維 GIS 的一項基本。在實際情況中，三維 GIS 和二維 GIS 的明顯區別就在于真實感的不同，三維 GIS更有身臨其境的感覺，在某種程度上來說，這也就很好的促進三維 GIS 技術的應用。
同時，在人機交互響應時，低延遲和穩定的圖像質量方面也得到了強調，從而構建出了更加逼真的場景效果。然而，在整個城市范圍內，地上下，室內外，就立體空間的復雜場景來說，其大量的數據以及不均勻的數據，還是導致了三維 GIS 技術很難達到預期的效果。其中，尤其是但從室外進入室內，隨著精細度的不斷提高，其數據也量也會不斷增加，進而這也就導致了圖像實時繪制工作量的增加。
二、實時三維 GIS 在智慧城市中的作用
所謂智慧，主要指的是人對某種行為和事件的認識，并對某些其他人、物、事的聯系性認識。而所謂智慧城市，即知道的信息越多而越聰明。其中，這些信息是與人的智慧有所不同的，而又是密不可分的。其主要包括人、物、事，但這些信息是可計算，可推理的，甚至可以全息感知。在物聯網和傳感網等承載下，城市運行又急切需要一個可以真實感強的實時三維 GIS，進而，實時三維 GIS 自然而然的就成了新一代 GIS 的標志。
近年來，新一代的 GIS 已經慢慢的向著 VGE 的方向發展了，而在 VGE 中，現實世界中的動態信息獲取，處理和共享已然成了一個活躍的信息鏈路，不僅將數字世界與現實世界進行了緊密聯系，還給人們提供一個與真實生活不可分割的工作空間。其中，這里空間主要有歷史、未來和現實的集合數據環境，在動態數據的作用下，全程可以控制的地理過程建模和仿真環境等。
眾覽上文，就智慧城市而言，是將智慧城市和真實城市環境以及虛擬城市環境融合協同的一種方式，而三維 GIS 則作為紐帶，提供了技術方法的支撐，日前也正成為國家政府，人們群眾關注的焦點。但是，目前的三維 GIS 技術在實際應用中仍然面臨著巨大的挑戰，為了更加有效的支撐智慧城市的建設和城市安全，就需要著重對三維 GIS 的數據模型，數據結構，數據組織和數據管理，可視化空間等方面提出新的概念框架，并尋找更有效的改進方法和學習更加先進有效的技術，從而實現智慧城市的建設。
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