地理信息系統(tǒng)（GIS）起源于北美，是現(xiàn)代地理學(xué)與空間信息科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，GIS已經(jīng)從只有少數(shù)專業(yè)人士才懂的應(yīng)用系統(tǒng)，成為日益走向大眾的專業(yè)軟件。
三維GIS是GIS的重要發(fā)展趨勢
GIS的優(yōu)勢在于能夠直觀直接地展示復(fù)雜的地理信息，同時具有強大的空間分析功能。隨著社會的發(fā)展，人們對地理信息的關(guān)注程度越來越高，因此對地理信息的獲取和使用也有了更高的要求。
近年來，隨著E都市、都市圈、城市獵人等三維仿真電子地圖的涌現(xiàn)，三維地圖逐漸走進大眾的視野。Google Earth的橫空出世，更是令三維GIS備受關(guān)注。三維GIS不僅突破了空間信息在二維平面中單調(diào)展示的束縛，為信息判讀和空間分析提供了更好的途徑，也可為各行業(yè)提供更直觀的輔助決策支持。因此，空間信息的社會化應(yīng)用服務(wù)迫切需要三維GIS的支持，三維GIS已日益成為GIS發(fā)展的重要方向之一。
三維GIS與二維GIS
三維GIS與二維GIS一樣，需要具備最基本的空間數(shù)據(jù)處理功能，如數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表現(xiàn)等。相比于二維GIS，三維GIS具有以下優(yōu)勢。
空間信息的展示更為直觀。從人們懂得通過空間信息來認識和改造世界開始，空間信息主要是以圖形化的形式存在的。然而，用二維的圖形界面展示空間信息是非常抽象的，只有專業(yè)的人士才懂得使用。相比二維GIS，三維GIS為空間信息的展示提供了更豐富、逼真的平臺，使人們將抽象難懂的空間信息可視化和直觀化，人們結(jié)合自己相關(guān)的經(jīng)驗就可以理解，從而做出準確而快速的判斷。毫無疑問，三維GIS在可視化方面有著得天獨厚的優(yōu)勢。雖然三維GIS的動態(tài)交互可視化功能對計算機圖形技術(shù)和計算機硬件也提出了特殊的要求，但是一些先進的圖形卡、工作站以及帶觸摸功能的投影設(shè)備的陸續(xù)問世，不僅完全可以滿足三維GIS對可視化的要求，還可以帶來意想不到的展示和體驗效果。
多維度空間分析功能更加強大。空間信息的分析過程，往往是復(fù)雜、動態(tài)和抽象的，在數(shù)量繁多、關(guān)系復(fù)雜的空間信息面前，二維GIS的空間分析功能常具有一定的局限性，如淹沒分析、地質(zhì)分析、日照分析、空間擴散分析、通視性分析等高級空間分析功能，二維GIS是無法實現(xiàn)的。由于三維數(shù)據(jù)本身可以降維到二維，因此三維GIS自然也能包容二維GIS的空間分析功能。三維GIS強大的多維度空間分析功能，不僅是GIS空間分析功能的一次跨越，在更大程度上也充分體現(xiàn)了GIS的特點和優(yōu)越性。
當然，三維GIS并不能完全取代二維GIS，三維GIS仍面臨一些問題和技術(shù)瓶頸。
昂貴的數(shù)據(jù)投入。對于GIS來說，數(shù)據(jù)為王是最恰當不過的。再好的系統(tǒng)，缺乏實時、全面的空間數(shù)據(jù)時只能是個擺設(shè)。顯然，數(shù)據(jù)的獲取對GIS來說至關(guān)重要。與二維空間數(shù)據(jù)相比，三維空間數(shù)據(jù)的獲取成本更為昂貴，尤其是大面積的三維場景建模。長期以來，三維空間數(shù)據(jù)獲取的效率低下和高成本都成為阻礙三維GIS技術(shù)發(fā)展的重要因素。
海量數(shù)據(jù)處理的技術(shù)瓶頸。海量信息管理，空間分析，以及空間數(shù)據(jù)組織是GIS的核心和關(guān)鍵問題，是對現(xiàn)實世界的抽象和表達。隨著遙感影像、DEM以及大量的三維模型等空間數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用，數(shù)據(jù)量急劇增加，處理海量數(shù)據(jù)便成為三維GIS所必須面對的技術(shù)難題。目前，幾乎所有的三維GIS平臺都在致力于突破這一技術(shù)瓶頸。
除了在數(shù)據(jù)獲取和處理方面的技術(shù)瓶頸，三維GIS還要跨越一些技術(shù)難點，如海量存儲、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)共享等，究其根源在于三維GIS缺乏三維空間分析的理論支撐。
突破技術(shù)瓶頸是GIS走向三維時代的關(guān)鍵
每一項新興的技術(shù)，都是在曲折中前進的，三維GIS技術(shù)也是如此。雖然三維GIS還面臨一些問題，但這些問題正逐步被解決。
近年來三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)有了重大進步，特別是航空與近景攝影測量、機載與地面激光掃描、地面移動測量與GPS等傳感器的精度與速度都有了明顯的提高。技術(shù)的提高使得獲取數(shù)據(jù)的成本也大大降低，為三維GIS技術(shù)的普及提供了重要的基礎(chǔ)條件。
計算機軟硬件的飛速發(fā)展，使得海量地理信息為大眾服務(wù)不再可望而不可及。目前主流的三維GIS平臺通過采用圖像繪制加速技術(shù)，多層次模型以及動態(tài)加載技術(shù)，實現(xiàn)了對大范圍、多尺度的多源海量三維數(shù)據(jù)的快速瀏覽和處理，使得人們在普通PC機上就能輕松實現(xiàn)對海量三維模型和影像的各項漫游操作。
盡管我們無法知道GIS從二維到三維的跨越何時能夠完成，然而三維空間分析處理技術(shù)正在逐日拉近GIS與普通大眾之間的距離。如何突破技術(shù)瓶頸是GIS走向三維時代的關(guān)鍵。
GIS的三維時代已經(jīng)來臨
鑒于三維GIS的諸多優(yōu)點，三維GIS目前已經(jīng)在城市規(guī)劃、軍事仿真、通信基站選址、綜合應(yīng)急等許多行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。同時，越來越多的GIS廠商都看到了三維GIS市場的發(fā)展?jié)摿Α?
雖然三維GIS是未來GIS的重要發(fā)展趨勢之一，但是三維GIS在一定程度上更是對二維GIS的擴展與增強，因為只有同時提供多維空間信息才能滿足GIS日益強烈的社會化需求。技術(shù)的進步和用戶需求的拉動在GIS從二維向三維的發(fā)展中起到了決定性的作用。毫無疑問，GIS的三維時代，已經(jīng)悄然來臨。