城市地质信息管理系统的研究与建设已成为当前城市地质领域的一个热点。地学数据的可视化是该系统应用的基础。然而，目前还没有一个真正服务于城市地质的可视化系统。本文将城市地质多元数据概括为多来源、多模型、多专题数据，结合3DGIS及计算机技术交叉融合的优势，围绕多元数据一体化显示关键技术与实践应用，重点研究了以下内容： (1)可扩展的多元数据一体化显示框架设计。多元数据进行一体化显示指空间几何信息的准确匹配、属性信息的一致性表达、多种绘制方法的一体化集成和多专题模型的耦合。本文提出了一个可扩展的多元数据一体化显示框架，该框架采用数据与绘制分离的思想和面向对象的方法进行设计，使得地学数据的可视化流程更加规范化和系统化。框架主要包括三个层次，分别是模型层、场景层和渲染层，每个层次受责独立的功能，便于绘制场景的控制和数据在绘制管线内的传递。区别于其他纯可视化系统，针对地学数据的属性信息，设计了属性颜色对照表和地学属性管理策略，将属性信息映射为其有表达地学意义的显示参数，比如颜色，纹理等。 (2)结构模型的多分辨率绘制技术。三维结构模型地质体个数较多而且每个体由封闭的不规则三角网(TIN)构成，三角形数据量规模大影响可视化以及分析的效率。针对这一问题，本文研究了基于STR树的多体快速索引技术，并探讨了地倭体空间分布对查询效率的影响；提出了多体模型的简化和多层渐进网格生成算法，在此基础上构建了地质单体的LOD模型，僚证了体与体之间的空间拓扑关系一致性。通过多体索引模型和单体LOD模型的构建，提出了地质结构模型的视点相关多层绘制方法。 (3)海量属性模型的绘制。针对基于虚拟八叉树模型组织的海量属性体数据绘制难点问题以及传统虚拟八叉树的不足，本文提出了基于格网结点的虚拟八叉树改进策略，使八叉树结点不在对应一个体元，而是对应一个规则划分的格网块；实现了一种GPU加速的Raycasting算法，该算法比传统的基于纹理切片的方法减少了纹理空间使用和数据上载的时间，更适合大规模的数据绘制处理。基于改进的虚拟八叉树模型和GPURaycasting算法，提出了海量体数据绘制的整体策略，详细介绍了体数据从外存读入内存再载入到显存的整个调度过程和利用FBO(FrameBufferObject)技术加速纹理数据绘制的方法。 (4)可视化平台设计与应用实例。结合北京市城市地质信息管理与服务系统的建设，开发了一个基于PC机的三维地质建模与可视化平台。该平台实现了城市地质数据管理和可视化，不仅能很好支持三维地质体结构建模和属性建模，而且支持城市地上、地下多专题模型的耦合显示，提供了丰富的基于地质模型的可视化分析操作，比如切割、开挖模拟/漫游、栅栏图制作等常用功能。实践表明，本文的研究能够为三维城市地质数据的可视化与操作提供有效的手段，为更高层次的应用研究奠定基础。