三维可视化能使人们只有抽象概念而难以直接感知的空间现象现实化和直观化，比如剖析地下结构、反演不会重现的历史过程、推演未来发展、仿真复杂的时空现象（台风演进、洪水淹没、大气污染、核电站泄漏事故影响、噪声传播、温度和风场变化）等，由此能获得各种超越现实的空间感知经验。
      突出三维可视化功能的三维GIS在许多场合因此又被称为“虚拟现实GIS”、“三维可视化GIS”等等。三维可视化越来越多地成为GIS（不仅是三维GIS）的终端表现形式，并且被认为是不同背景的用户进行空间信息交流和视觉分析与空间认知的有效媒介。为了既能享受常规二维GIS地图表示优越的方位感，又能得到三维逼真显示的真实感和沉浸感，多视点的多模态可视化视图表示成为三维GIS最典型的界面特点。数据动态装载、图形渐进描绘、多重细节层次和虚拟现实表现等因此成为三维GIS可视化的典型技术特征。
      网络技术、分布式计算技术和三维可视化技术的飞速发展，为分布式三维GIS技术的实现提供了契机。特别是随着各种小型化、便携式的移动计算与显示设备和无线技术的广泛使用，三维GIS的分布呈现出多样化的特点，并正为人们提供日益广泛的增强现实服务。三维GIS海量数据的交互式真实感可视化对计算机软硬件环境也提出了特殊的要求，而且一些先进的图形卡和工作站已经为此目的问世。除了一般的半沉浸式透视显示方式以外，沉浸式真三维立体可视化平台也越来越多地被用于三维GIS系统中。但随着三维空间信息的普遍可得，越来越多的需求将是利用中低档的桌面系统达到同样的目的。因此，大多数研究还是主要针对普通个人计算机处理海量的三维GIS数据，而非SGI这样大型的专用图形工作站高端系统，毕竟此类系统还非常昂贵、难于推广普及。