现今用户对计算机的应用提出更加新颖的真实感沉浸及人机友好交互的需求。图形硬件加速技术以及计算机图形学的研究成果推动了数字地球概念的发展。通过三维渲染技术使得展现一个高真实感、高分辨率,并允许在场景中漫游并进行空间分析的虚拟地球成为可能。目前关于数字地形可视化的研究主要集中在对小规模的户外场景地形的绘制算法及渲染速率的提升上。对于构建全球海量数据的数字地球关键技术研究才逐渐起步。本文就在前人研究的成果上继续探索与创新,提出自己一些有特色的成果。总结归纳国外技术领先的几个数字地球系统的特点和技术路线。分析构建三维数字地球需要应用到的基本关键技术。涉及到目前不同数据采集方式下的数字高程模型(DEM)概念,地形中高程数据和纹理数据的来源及其软件合成方法,以及基于LOD技术的地形网格多分辨率层次构建算法。全球数字地形渲染的基础设施是数据的组织形式。本文采用金子塔模型对全球高程数据先进行瓦片分割,并采用低数据冗余多分辨率层次存储机制实现瓦片内多分辨率层次构造。同时为了减轻渲染过程的计算负担,将地形瓦片内的静态误差损失在预处理阶段计算并存储在文件数据段中。最后研究了全球影像数据的预处理,对纹理影像也进行金字塔模型构建。根据实时可视化技术的需要,对地形数据进行预选取和多线程调度。分别对球面地形数据预加载过程和近地平面地形数据预加载制定不同的方案。对于远距离的球面模型渲染在一定视距范围以外都只调度纹理数据,不读取高程数据。重点提出一种新的近地平面地形中依赖视线方向和运动趋势的动态数据调度方案,并根据渲染需求的紧迫性对各地形块分配高中低的调度优先级,采用了多线程技术并行处理数据层次的装载和卸载。对三维数字地球场景建立数学模型。设计了视觉误差评价系统来判别和约束网格剖分的细节。对地形瓦片间由于分辨率不同造成的裂缝进行修补,解决了相邻分辨率动态转换时的突跳问题。最终本文设计并实现了三维数字地球系统的框架,描述各模块之间的结构。