水面是地理环境中重要的组成要素之一，在增强三维GIS的真实感和沉浸度方面有着非常重要的作用。对真实感水面的模拟一直是计算机图形学研究的重点之一。与传统的虚拟现实系统相比，三维GIS中的水面模拟存在着数据范围广、数据量大、场景非平面、需要与地形融合等特点。本文重点研究了在水面模拟过程中由以上特点产生的问题，提出了对球面场景中使用面状矢量数据进行水面模拟的方法，并在三维GIS软件中设计和实现了水面模拟和水面符号管理模块。　　本文的主要工作包括以下部分:　　1.研究了从二维面状矢量数据构建适用于球面三维场景的水面模型构建方法，介绍了常用的水面网格LOD构建方法。　　2.研究了水面波动、流动、反射、折射及菲涅尔效应的模拟方法。深入研究了球面场景中水面反射面位置的确定方法，提出了在细分水面网格的基础上采用视域中心法线确定反射面位置的方法，通过实验证明了此种方法在大范围水面和小范围水面场景中均具有良好的效果及性能。　　3.对于水面网格和球面规则地形网格不能很好融合的问题进行了深入研究，提出了一种GPU友好的基于矢量高程纹理的水面、地形叠加绘制方法。对其中由于地形网格精度引起叠加误差的现象进行了探讨，提出了采用膨胀纹理法改进叠加效果，通过实验证明了这种方法的有效性。　　4.基于水面模拟方法和矢量地形叠加绘制方法，设计了三维GIS中水面模拟模块，采用填充符号作为水面效果与矢量数据的关联方式。使用C++语言对模块进行了实现。