GIS所要表达的现实空间是真3维的几何空间，这个空间的任何事物均含有3维的空间信息，而2维GIS对空间对象的表达。
往往是先将其投影到平面后，再进行地图制图或相关分析。
由于地图制图中数学法则的运用和地理实体的符号化表达，使地图以一种抽象的方式表现出来，随着GIS技术在应用中不断深入，这种2维图形已不能满足GIS发展的要求，尤其在地质、气象、公路铁路设计、城市规划等部门，迫切需要对3维的可视和分析功能。
数字虚拟城市是综合利用GIS，RS，GPS，多媒体，虚拟仿真等技术建立起来的虚拟的城市或模拟的城市。
虚拟城市的建立能够全方位、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，并以第一人称的身份进入城市，感受到与实地相似的真实感，并可实现城市信息的查询与分析，这些都是传统的方法所无法比拟的。
归纳起来，虚拟城市的作用可表现在以下几个方面：
虚拟城市用于城市规划，可以使城市未来形态预演，业已消失的形态重视，并可根据规划成果随时修改，从而获得城市规划方案调整的科学依据，使城市规划更具前瞻性。
虚拟城市用于城市管理，可以完成城市灾害事故和突发事件的动态模拟，实现城市各类信息的可视化查询，为政府对城市的管理和服务等提供决策的现代化工具。
虚拟城市用于旅游，不仅可以展现城市现有景观，而且能够再现不复存在的和正在规划建设中的景点，从而对城市起到宣传作用，有助于扩大城市影响、吸引投资和游。
虚拟城市用于城市环境动态变化研究，可以将大量的统计数据转换成容易理解的图像，表现人类活动对环境施加的压力，预测不同人类活动条件下的环境效应。
目前，国内外对虚拟城市的研究正开展得如火如荼，它已经成为GIS的研究热点之一。
国外已经有比较成熟的数字城市3维可视化建模软件，如MuhiGenCreator，Equipe等，ESRI公司的遥感图像处理软件ERDAS也扩展了这方面的功能；国内较为突出的数字城市建设软件有吉奥公司的CCGIS和适普公司的ImaGIS。
城市空间是以地表为依托，向空中和地下略有延伸的立体空间。在虚拟城市的开发中，首要的任务就是3维城市模型的建立。根据城市地物所处的空间位置，城市地物可划分为地表、地上和地下3类：
地表地物，包括地形、植被、道路、湖泊等，地上地物，主要为各种建筑物及其附属设施，地下地物，包括管线、地铁等。
其中，地形通过DEM表达，简单地物可用编程的方法实现，而复杂地物则需借助专业3维建模软件(如：3DSMax，MuhiGen)，完成制作后以通用格式导出。
目前，对虚拟城市的开发一般可归纳为以下两种方案：一种方案是利用高级编程语言加3维图形库的方法。当前大多数流行语言(如VC一，Dephi，Java等)都可作为3维开发平台，常用的图形库有OpenGL3D，DireetX3D或Java3D。
这种方法的优点是灵活性强、能实现功能复杂的应用系统；缺点是开发者须熟练掌握编程技术，并且具备较高的计算机图形学知识。第2种方案是使用专门的3维虚拟开发工具。
目前使用较多的是VRML语言(现已发展为新的X3D标准)，它用ASC1文本来描述场景中的各个要素，使开发者无需深入3维内部即可制作出优秀的场景，并且由于它从设计之初便考虑到在Inter—net上的应用，因此网络应用前景广阔。
然而，目前Web3D标准还远没有统一，ViewPoint技术和Cult3D技术将是Web3D标准的有力竞争者。采取这种方法制作虚拟城市的灵活性较前者稍逊，但开发迅速，比较适合于功能不太复杂的应用。
总之，对于虚拟城市建模的方法，应根据具体的应用选择，有时还可以将两种方法综合利用，各取所长，以取得更好的效果。
在设计虚拟城市之前，需要对整个项目要有一个清晰的了解，包括项目的类型、希望达到的效果、复杂程度及数据库所处的地理位置和范围，是否需要精确的地形数据及如何得到这些数据等。
资料收集与更新，资料的准备工作是整个虚拟城市建模的基础。资料的格式、内容、精度、比例尺及现势性将直接影响到模型的制作方法，而资料的丰富性与多样性也将影响到建模工作量。概括来说，城市3维建模的基础数据可以归纳为以下5类：
此外，各处的宣传图册、影像、说明书等，都对整个工作有不同程度的帮助，而根据规划图纸和方案，还可以展现城市未来的规划成果，这对于辅助决策城市规划与建设，具有重要意义。在收集到以上数据后，就需要对它们进行更新与整理。
一般来说，航片由于更新快，相对地形图较新，因此，可用航片更新地形图，使其符合地区现状。此外，也需对其他数据进行分类，对纹理进行图像处理，以满足3维贴图的要求。
地形建模，地形是城市建筑物、构筑物的载体，在地形起伏较大的地区，必须建立数字高程模型。
在地学领域，常用的地形建模表示有TIN和GRID，两种方法各有优缺点：TIN更适合描述地形较为复杂的地区，具有较高的精度；而GRID模型具有较小的存储量和简单的数据结构，适合于平坦地区。
在实际建模中，我们采用了规则网格的表示方法。然而，在本次收集的资料中，并没有建模区的DEM数据，能反映地形的仅为数字线划图，但由于其中道路、建筑等对等高线的截断，因而也无法直接利用(下图地形图中高等线)。
这里，我们采取了如下步骤：首先剔除与地形无关的数据，仅保留等高线与高程点；然后以这些点为离散点，采用距离倒数加权法内插出规则网格点处的高程；最后以这些网格点为依据用NURBS模拟出地形表面(如下图生成的nurbs地形)。
建筑建模，城市景观主要由道路、建筑物、绿化等共同展现，可以说，建筑模型制作的好坏直接影响到整个城市3维景观的效果，因此，建筑建模是建立虚拟城市的关键，必须保证模型与实体的相似然而，过多的强调细节和逼真又会使文件大小急剧膨胀，最终导致交互失败。
解决这一问题的方法有以下3种
建立复杂实体的LOD。LOD(Level0fDe．tail)即层次细节模型，它对同一模型生成不同层次的细节，在图形绘制中依据视点的距离或模型所占屏幕像素的多少来选择合适的层次细节模型进行绘制，以减少绘制时问，满足实时显示的需要。
实践表明，LOD能在不损失(或损失很少)画面效果的条件下，显著提高场景的绘制速度。
建立模型原型，提高模型的重用率以引用的方式复制模型，不仅有助于统一修改，而且能减少文件容量。
在满足要求的前提下，尽量采用纹理建模纹理能有效弥补几何建模的不足，适当的运用纹理，不仅能提高场景的逼真度，还能提高绘制速度：纹理建模最典型的应用体现在树的建模中。
树是真实空间中极其复杂的3维实体。虽然已有通过分形制作树模型的方法，但最简单的还是采用纹理建模：通过2、3个交叉的平面(或者采用Billboard)和透明贴图，就能很好的体现树的空间立体感，加上合适的光照，还能消除各平面的片状感和阴影。
合成虚拟城市模型制作的最后一步是模型的合成，这一步的主要工作是将建筑物放置在地形之上，这里需要解决的问题是建筑物与地形的匹配一种方法是将建筑物基准面的各个拐点作为高程点加入地形重新构网，从而完成对地形的局部修改。
本文解决方法是首先寻找出建筑物覆盖的地形面片中的最高点和最低点，然后将模型的水平基准面放在最高点，最后构造房屋基准面之下的部分。
以本文为例，利用前述的方法，制作了中心城区的3维模型。在制作过程中．我们对高度重用的地物(如路灯、树木)和纹理分别建立模型库和纹理库，并采用引用的方式减少最终场景文件的大小。
在完成整个场景的制作后，我们将其输出为VRML文件，通过inLine结点连接各个分区，获得了实时的交互效果。
总结虚拟城市仿真的核心，作为一门新兴技术，目前仍有许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。在3维城市的制作过程中，本文系统研究了3维建模的技术流程和关键技术，下一步的工作是研究如何将其与GIS的数据库进行连接，实现二者的互动。
