三维GIS的研究是当前GIS理论和应用发展的重要方向,但是因为现有的GIS工具方法在处理三维问题上的不足,使得GIS在矿山和地质领域上的应用受到了很大的限制,特别是针对地下三维物体的模拟和表达。而且由于矿山本身是一个真三维地理／地质环境,要真正实现数字矿山,那也应该是真三维的,即必须以三维地质体和三维巷道模拟为基础。目前,由于我国对虚拟现实技术在矿山中的应用研究还不够成熟,为满足煤矿信息化建设的需要,加快虚拟现实技术在煤矿中应用的理论研究和软件开发,对于实现煤矿的科学化、现代化管理,保障煤矿安全高效生产,提高煤炭行业的科技发展水平,都具有非常重要的意义。本文分析了国内外常用的面向煤矿应用的三维数据模型和相应的三维数据结构的研究现状,探讨了适合煤矿三维巷道模拟的三维数据模型和三维数据结构。介绍了三维巷道模型构建所涉及的计算机图形学原理和开发工具,设计3D模型框架,论述图像渲染全过程,对其中涉及到的模型加载、几何变换、图面及位转换、建立平面对象、顶点缓冲作了深入的研究。其中着重介绍了用DirectX9.0进行计算机图像设计的技术,及其在三维巷道模型建立方面的应用。介绍了在3D编程中所需的一些数学知识,如3D坐标系统、三维空间中的向量、矩阵变换等。研究了Direct3D的基本原则和一些较高级的技术在三维巷道模型建立中的应用,包括渲染三维巷道光照模型着色与材质处理的实现及三维巷道模型纹理映射的实现,研究并实现了纹理贴图技术在巷道内部的应用。讨论并实现了三维巷道网格模型技术,研究了采用摄像机技术的煤矿三维巷道视点漫游的实现,详细分析了煤矿三维巷道系统软件开发的总体设计思想以及系统的整体框架和各个功能模块,选择了VC++和DirectX 9.0作为煤矿三维巷道系统的主要开发工具,实现了系统总体设计中的主要功能模块,为实现煤矿三维地理信息系统打下基础。