计算机软件和硬件技术的进步推动着三维技术的发展,作为“数字城市”核心技术之一的地理信息系统(Geographic Information Systems,GIS)也进入了“升维”的时代。三维GIS凭借其立体直观的视觉体验效果,与各类服务和应用结合,渗透到多个行业中,并发挥着越来越大的作用。城市规划三维辅助决策系统是指结合三维GIS,将城市规划从设计到审批的过程中产生的地理空间数据和规划数据进行综合集成管理,构建地形地貌和城市建筑模型的真实三维场景,以直观展示规划方案,并通过三维空间分析方法辅助规划管理人员对各种规划设计方案进行审批,为科学规划和成本节约提供依据。当前三维GIS在城市规划辅助决策中的应用主要解决以下几方面的需求:一是对规划过程中的海量三维模型数据、遥感影像数据、地形数据和规划业务数据等进行统一的管理与显示。二是在集成了这些多源异构数据的三维场景中,利用GIS的空间分析能力计算相关指标,如可视范围、日照时长、建筑立面颜色比例等,以提供城市规划相关业务的辅助决策支持。本文首先介绍了国内外关于海量三维数据加载以及三维空间分析方法的研究现状,并对国内外主流的三维GIS软件平台的特点进行总结。针对三维城市模型制约渲染显示效率的瓶颈所在,探索海量三维城市模型可视化的关键技术,并对一些特定的辅助决策空间分析功能进行优化改进和实现。论文主要研究了两部分内容:三维城市模型数据组织和调度以及面向城市规划的三维空间分析算法。对于大数据量的三维城市模型渲染效率低的问题,采用基于二次误差度量的边折叠算法对模型数据进行简化,并根据不同的简化级别构建细节层次模型(Levels of Detail,LOD),通过分页数据库技术预读LOD(PageLOD)实现内存动态调度,实现了大数据量的三维城市模型流畅显示。在三维空间分析算法方面,主要对视域分析、日照分析和天际线分析等在真三维场景中的计算和显示进行了研究。最后,基于关键技术对城市规划三维辅助决策系统进行设计并实现。