二维的主流的是GMAP，主要是一些二维地图的开发，如果是简单的需求，像百度，google的二次开发也很不错的，可以试试
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三维主流的是WorldWind 是美国NASA研发的，源码公开的，全球可以下载，后期被大家完善了很多插件，功能还不错，不过对编程功底要求比较高
1，HTML5一个显著的新增功能就是浏览器支持GPU加速，在这个点上会解决很多GIS在当前HTML4下不能解决而只能靠C/S做的功能，比如很热的GIS的3D应用，可以做一些中小场景的3D应用，另外Canvas会加速图形的绘制速度，开发人员更加容易绘制复杂图形及提升绘制数量。
2，Geolocation因素的加入可以通过浏览器进行定位，加快了GIS向大众化领域扩展的步伐，有了位置信息，GIS的一些思想会很快在互联网领域扩展。
3.HTML5对在线协同的支持，GIS在应急中的一些应用需要多方进行协同操作，HTML5的WebSocket支持HTTP协议的双向传输，或许这个也是一个应用点。
4,HTML5对file api的支持，这个可以把一些简单的空间分析搬到客户端。
5，对离线存储的支持，通过离线存储把图片下载到客户端，一方面加快速度，一方面可以离线访问。
以上是我对应用点的一些思路，可能有的还不成熟，必经还没有实际的应用DEMO。
前端：
1、老一代两大富应用（RIA）框架（目前已经停止更新）：flex、silverlight
2、其他开源（早期项目较多）：openlayer2、amap、bmap、ArcgisAPI4JS（3系列版本）
3、较新框架：openlayer3、cesiums、ArcgisAPI4JS（4.0之后版本）、
4、轻型框架（需要二次封装）：WebGL(例如d3.js、three.js)
后端：arcgisServer、geoserver、mapserver
部分效果如下
flex:
img src="" class="content_image"
openlayers:
img src="" class="content_image"
cesiums: