三维 GIS 数据的定义 (x,y,z) 中包含一个额外维度(z 值)。Z 值具有测量单位，同传统 2D GIS 数据 (x,y)相比，其可存储和显示更多的信息。虽然 z 值通常为实际高程值(如海拔高度或地理深度)，但未规定必须强制执行此方法。Z 值可用于表示许多内容，例如化学物质浓度、位置的适宜性，甚至完全用于表示等级的值。
3D GIS 数据有两种基本类型：要素数据和表面数据。
3D 要素数据
要素数据表示离散对象，每个对象的 3D 信息都存储在要素的几何中。
三维要素数据可对每个 x,y 位置潜在地支持多个不同的 z 值。例如，一条垂直线有一个上折点和一个下折点，两个折点的 2D 坐标相同，但 z 值不同。另一个 3D 要素数据示例是 3D 多面体建筑物，该建筑物的屋顶、室内地面和地基都包含相同的 2D 坐标，但 z 值不同。对于类似飞机的 3D 位置或上山步行路径等其他 3D 要素数据，每个 x,y位置仅对应一个 z 值。
表面数据
表面数据表示某一区域上方的高度值，该区域中每个位置的 3D 信息可存储为单元值，也可从 3D 面的三角网推断得出。
表面数据有时称作 2.5D 数据，因为对于每个 x,y 位置，其仅支持一个 z 值。例如，地球表面的海拔高度只会返回一个值。
何时对 GIS 数据进行 3D 建模
同 2D 数据相比，创建和维护 3D GIS 数据更为困难，因此，只有额外的努力对您的工作有所帮助时才需对数据进行三维建模。有些 GIS 要素(如飞机位置或地下井)本身需要进行 3D 建模，而其他数据在 2D 和 3D 下效果可能相同。例如，对道路网进行 3D 建模可能对考察梯度很有帮助，但为保持 z 值所做的额外付出可能远远超出了他所带来的好处。
在决定是否对数据进行 3D 建模时请着重考虑以下事项：
- GIS 数据不必进行 3D 建模也可显示在 3D 视图中。
- 必要时，通过使用地理处理工具可将表面的高度值轻松添加到 2D 对象中。
- 如果 z 值的源是一个表面，请考虑该基础表面的更改频率。其更改次数越多，它对针对所生成要素存储z 值方面的帮助就越小。
如果决定要对某些或所有数据进行三维建模，最重要的就是要确定 z 值的单位。开始编辑和维护 z 值时，透彻理解 z 值所表示的内容至关重要。应尽可能遵循的一条基本规则是：z 单位应与 x,y 单位匹配。例如，如果数据位于(基于米的)UTM 区域中，应以米为单位对 z 值进行建模。这有助于您以一种直观的方式与数据进行交互，例如，当测量 3D 距离或通过改变 x、y 和 z 坐标移动对象时。