经过十多年的发展，三维地质建模技术已经成为解决数字城市、减灾防灾、城建工程、地下工程、水电工程、交通工程、环境工程、资源开发等方面所涉及地质问题的关键技术之一。但是，由于三维 GIS、空间数据模型等理论和技术的不成熟、人们对地质现象认知的有限以及地质数据的稀疏性等原因，复杂地质形体的三维模型构建仍然是3DGIS、地质专业研究人员所面临的共同难题。本论文旨在通过融合多种类型的地质数据，利用三维GIS技术和相关的可视化技术来重建地下复杂地质体的结构特征，最终为解决地质专业问题提供一个辅助的工具平台。 本论文对三维地质空问数据模型、复杂形体三维模型的构建技术等方面进行了详细、系统地归纳和总结，深化了对三维空间实体及其建模方法的认识。论文在吸收、借鉴了国内外3D GIS、三维地学模拟以及科学计算可视化技术发展前沿及其在三维地质建模领域内研究成果的基础上，围绕着构建合理、准确的三维地质模型这一主线，从探讨地质认知与三维地质建模之间本质联系出发，就地质专家知识的管理、多源地质数据的融合机制、面向地质建模的三维空间数据模型、复杂形体的构建和块体识别等方面提出了独到的方案和技术，成功解决了复杂地质形体的三维模型构建中所面临的一系列技术难题，并通过建模实例佐证了这些方法的实用性。论文主要实现了以下内容的研究： (1)从地质现象的认知角度出发，探讨了三维地质建模的实质，即求解根据地质现象获取的数据之间的空间拓扑关系。从哲学的角度探讨了三维地质建模中的三个要素：三维地质模型、地质现象和人之间的关系。在地质本体概念的支持下，结合具体的地质现象，探讨了地质知识库的体系架构和构建方法，阐述了地质规则在地质知识库中的实现机制，实现了对地质知识的管理与应用。 (2)分析了三维地质建模所涉及的数据类型及相应的存储形式和特点，分析了基于几何的数据集成方法的缺点和不足；提出了数据源集成、几何集成和抽象集成的三级多源地质数据融合机制，阐述了其基本思想和体系架构，使多源数据能在同一平台软件下直接用于三维模型的构建，为多源地质数据融合提供了一种新的思路。 (3)探讨了GIS 与三维地质建模之间的关系，全面总结、归纳了现有三维空间数据模型的形式和各自的特点。结合地质本体描述和多源数据的三维地质建模要求，设计了一种基于要素面向地质实体的三维空间数据模型。该模型扩展了现有线框模型概念，引入了子面、线单元体概念，以解决多体共面和复杂形体拓扑关系描述困难的问题。它充分利用线框模型和TIN面实现对地质实体轮廓形态的精确表达，各实体之间的拓扑关系则通过线单元体来维护，以降低拓扑关系维护的难度。结合边界表示法基本思想，依据面向对象的设计理念设计了相应的数据结构。 (4)分析和比较了现有的三大类断层构模方法——基于地层恢复的断层构模技术、基于分区插值的断层构模技术和断层与地层的统一构模技术——的流程和优缺点，并探讨了在断层面模拟中所遇到的关键问题。提出了基于线框模型的复杂断层面整体构建方法，解决了电断层控制的地层交错情况下断层和地层面的模拟难题；探讨了基于钻孔和断面数据的褶皱地层三维模型构建方法，分析了其核心技术即轮廓线重构技术所涉及到的几个方面：轮廓对应问题、轮廓分叉问题、轮廓拼接问题和曲面拟合问题等。以水平断面数据为基础，给出了断面数据的标准格式，提出了基于线框模型的三维模型构建方法的总体流程和技术体系，并就相应的数据处理、线框模型的构建等核心方法进行详细的阐述。以某矿区水平切片图为基础，改进了轮廓线对应方法，利用轮廓线拼接的方法构建了花岗岩体，为非层状地质体的有效构建进行了有益尝试。 (5)在对比分析基于平面切割思想和基于拓扑重建思想两大类块体识别方法的基本思想、计算过程和优缺点的基础上，提出了基于线单元体的块体识别方法。该方法将面之间拓扑关系的重建过程转换成线单元体识别过程；以方向边和方向三角形为基本搜索单元，将三维空间右手最大角法则用于判定三角形的关系，通过三角形和线的关系来建立线单元体。平行剖面的地质建模实例佐证了该方法的有效性和实用性。 (6)以三维块体模型的构建为出发点和目的点来构建面向多源地质数据建模系统的技术体系，在MAPGIS-TDE平台的支撑下，构建了面向多源地质数据三维建模原型系统。 所取得的这些研究成果，无论是从理论上还是从实践上都为地学信息的真三维可视化模拟研究做了很好的探索与开拓，也为通用三维地质建模软件平台的研发提供借鉴、经验和基础。