地理三维模型是空间分析，而空间分析的基础是空间数据模型。
GIS的概念数据模型分为3类:对象模型(ob-ject model)、网络模型( network model)和场模型(field model)。
比如基于平面图的点、线、面数据模型和基于连续铺盖的栅格数据模型，分别为对象模型和场模型，描述道路网络、地下管线等需要网络模型;定义了一种基于对象的模型和一种基于域的模型。
分别对应对象模型和场模型;OGC(open GIS consortium)的简单对象模型规范定义了点、线、面和表面模型，其中表面模型可以用来表达实体，也可以表达地形等2. 5维的连续表面。
但是随着三维GIS技术的发展，已有的对象模型和场模型在地学表达上并不充足，这些空间数据模型都缺乏对三维空间中连续、非匀质的场数据的表达能力。
随着三维GIS技术的发展以及三维GIS在建筑信息模型(building informationmodeling,BIM)+GIS、数字化孪生、透明城市、智慧城市、城市设计等领域的广泛应用 。
GIS对现实世界的表达全面扩展到空/天、地表和地下，并从室外走进室内，空间数据模型的二三维一体化是三维GIS发展的必经之路。
早期基于平面图的空间数据模型已经不能满足对三维属性场的表示，比如电磁场:三维空间中5G信号的分布。
空气的属性场:污染、温度、湿度场的表达;地质的属性场更多更复杂，如密度、孔隙度、杨氏模量、泊松比等。
对于三维场数据的表达，在理论研究方面，基于TEN (tetrahedron network)的数据模型，对其数据结构进行了简要描述;基于八叉树和TEN的混合数据结构。
用于平衡数据量和数据表达精度之间的矛盾;基于体元的三维场数据表达方法;构建了泛在知识数据表示模型(mubiquitous knowledgeable data representation model，UKR)。
用来表达复杂的三维空间事物，包括对场数据的表达。