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时空数据的三维动态可视化理论是目前GIS研究的重点和难点，也是GIS下一阶段发展的主要方向。它是当前热点三维GIS与时态GIS相结合的产物，目前三维GIS与时态GIS经历了二十多年的发展，已形成了较为成熟的理论体系，对于三维GIS与时态GIS的下一步研究方向，许多学者认为时空数据的三维动态可视化，即四维GIS，是其下一步发展的方向。 论文的研究目的是以天然气泄漏扩散的三维模拟为应用案例，来研究时空数据的三维动态可视化的表达方法及实现过程。具体的实现过程是通过研究现有的三维可视化技术、时态GIS动态可视化技术并将两者结合，并实现在三维场景中真实生动的表达时空数据的信息特征和变化过程。 论文主要完成以下工作： 首先，对当前的三维可视化和时态GIS动态可视化技术进行系统研究，并选择合适的开发路线。同时，针对时空数据的三维动态可视化，提出时空数据三维动态可视化的评价体系，并研究设计了时空数据三维动态可视化的技术路线。 其次，在理论研究的基础上，研究并实现时空数据三维动态可视化的若干关键技术，如契合天然气泄漏扩散的时空数据模型、可行的时空筛选机制、可行的基于面绘制、基于体绘制和基于粒子系统绘制的时空过程模拟技术。 在上述研究的基础上，以天然气泄漏扩散的三维模拟为例研发三维动态可视化应用系统，实现了时空数据的三维动态可视化，并对三种不同绘制方式的时空过程的动态可视化效果进行了评价，同时拓展性地实现了时空分析方法最终得到可行的三维动态可视化方法。