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作为三维GIS的一个重要方向，真三维GIS在许多专业领域有着重要的应用价值，是当前GIS领域的一个研究重点。近年来，基于矢量模型的面三维GIS获得了较快发展，而基于体元模型的真三维GIS在三维数据模型、数据生成、数据组织、三维可视化与空间分析等整个流程都与面三维GIS存在较大差异，目前还存在许多亟待解决的问题。体(元)数据是真三维GIS的基础和核心，本文重点研究了体数据生成、海量体数据组织，以及基于体数据的三维缓冲体算法：
1)基于八叉树/四面体的混合体元模型既能够描述物体内部的非均质属性，又能实现矢量边界的高精度描述。矢量模型的实体内部体素化是物体内部八叉树模型的基础，本文第2章首先介绍了体素化方面的研究进展，然后提出了一种基于规则分块策略和GPU硬件表面体素化的高分辨率实体体素化算法。新算法以种子邻域填充方式进行内部体素化，采用了优化的射线求交方式生成种子，并设计了种子跨块扩散机制，既保证了体素化结果的正确性，也提高了体素化算法的效率。针对边界的不规则体元，本文提出了基于三角形分治策略和约束四面体剖分的边界四面体生成算法，使混合体元模型在物体边界处与矢量模型保持一致，实现了无缝描述和建模。
2)体素模型的数据量与分辨率成正比，而且增长率很高，因此，海量体数据是真三维GIS所面临的关键问题之一，这是本文第3章的主要研究内容。理论上，八叉树模型通过合并属性相同的内部体素或外部空体素减少了体元数量，通常情况下能够实现存储空间的压缩和处理时间的优化，并且还具有多分辨率特征，然而实际上还与八叉树模型的编码实现方式密切相关。针对现有八叉树实现模型(指针八叉树、线性八叉树及其变种)在海量体数据(或结点数据)组织方面的不足，本文首先提出了一种基于多级线性结构、采用规则分块策略、无指针/无位置码的八叉树实现模型——虚拟八叉树模型，实现了结点查询高效率和存储空间高效率的统一，并且具有多分辨率特征；然后，将规则分块策略扩展至多级规则分块策略，使其能够处理数据量更大、即索引数据也是海量的情况，海量虚拟八又树模型能够在内存容量相对有限的情况下，以按需所取的策略和动态方式进行内外存数据交换；最后，在虚拟八叉树模型的基础之上，提出了基于增量存储的时空四维体数据组织方式。
3)体视化(即体数据的三维可视化)与空间分析是真三维GIS必不可少的重要功能。本文第4章首先介绍了两种基于传统面图形学的非直接体视化技术——等值面和真三维栅栏图功能的实现；然后介绍了目前应用广泛、基于GPU三维纹理映射的直接体视化功能的实现；最后，研究了GPu与通用计算，并将其用于三维缓冲体生成，提出了基于可编程像素处理器的无约束/有约束缓冲体生成算法，提高了分析效率。
最后，对论文的主要研究成果和创新点进行了总结，并对今后的进一步研究进行了展望。