三维地理信息系统（3D GIS）数据结构研究，是地理信息科学领域内的一个重要分支。随着计算机技术、遥感技术、空间数据库技术的发展，三维地理信息系统已经被广泛应用于城市规划、虚拟现实、环境监测、资源管理等多个领域。然而，3D GIS的数据结构研究一直是制约其进一步发展的关键问题。
在3D GIS数据结构中，点、线、面是构成三维模型的基本元素。点表示在三维空间中的位置；线和面则分别表示由多个点连接或围成的空间图形。体元是三维空间中的基本单位，可以理解为三维空间的“像素”，通常用来表达物质成分不同的三维实体。
三维GIS与传统的二维GIS（2D GIS）有着本质的区别。在2D GIS中，地理信息通常是基于平面坐标（x，y）来表达的，而在3D GIS中，地理信息的表达需要加入垂直高度维度（z），使得表达更加复杂和丰富。
对于3D GIS的数据结构，可以从基于表面和基于体两方面进行分类。基于表面的数据结构主要包括规则格网（Grid）、不规则三角形网（TIN）、边界表示（BR）和参数函数。这些结构便于对地理表面进行显示。而基于体的数据结构主要包括3D栅格、八叉树（Octree）、实体结构几何法（CSG）和四面体格网法（TEN）。这类结构在进行空间分析方面具有优势。
为了解决3D GIS中的数据结构问题，研究者们提出了将空间信息按照分层聚类思想进行组织，分为三个层次：基础几何模型层、应用模型层和组合关系模型层。基础几何模型层使用点、线、面、体等基本元素表示三维空间；应用模型层基于实际需求，使用不同的分析方法来表达三维空间；组合关系模型层则是利用不同的组合方法来建立空间对象之间的关系。
文章中提到，空间认知方法和面向对象的思想是设计3D GIS数据模型的关键。面向对象的思想，使得模型可以根据具体应用场景来设计和组织数据，而空间认知方法则有助于按照人的思维模式对地理空间信息进行分层聚类。
此外，文章中还介绍了一些3D GIS中的基本概念，如单纯形和单纯复形。单纯形是最简单的空间图形，例如点、线段、三角形、四面体等。而单纯复形则是由单纯形组合而成的空间结构，它在3D GIS建模中有着重要的应用。
在实际应用中，3D GIS数据结构可以基于地理空间的特性，采用不同的表示和存储方式。比如，可以通过八叉树结构来快速存取和检索三维空间中不同层次的细节信息，或者利用四面体格网法对地质结构进行精确的模拟和分析。
三维地理信息系统数据结构的研究，涉及到数据模型的构建、空间数据库的管理以及空间信息的高效检索等多个方面。随着技术的进步，未来3D GIS的数据结构会更加多样化，更加精细和高效，为地理信息的应用提供更多可能性。
