地球空间信息技术（Geotechnologies）是国土资源信息化的重要基础和技术手段，是世界上继生物技术（Biotechnology）和纳米技术（Nanotechnology）之后发展最为迅速的第三大新技术（Gewin，2004）。自从加拿大测量学家R. F. Tomlinson于1963年首先提出了地理信息这一术语，GIS（地理信息系统）的研究就是利用计算机技术处理地学空间数据的过程。随着计算机技术和GIS技术的迅猛发展，GIS在气象、地学等涉及全球变化或地下工程领域的应用不断扩展，GIS所涉及的范围已经向上进入大气层及地球的外层空间（包括电离层），向下进入地球内部（岩石圈层之内，地表以下0～10km）。这样一个地上、地表、地下三位一体的系统可以称为广义地理系统，其中空间目标可以称为广义地理目标 (吴立新等, 2003)。本文的研究就是3D GIS在地质领域的应用。此时，GIS可以被称作地质信息系统（Geology Information System），是传统GIS向地下空间应用的不断扩展，利用目前人类可获取的地下信息，构建地下场景，从而构建完整的地上地下信息网。
目前，城市的发展普遍面临自然条件的限制及多种诱发灾害的威胁，其中相当多的问题或灾害（如洪水、地面沉降、地下水污染、土壤污染、滑坡、岩溶塌陷等）都直接或间接的与城市所在地区的地质、水文、工程条件以及人类活动相关。要解决这些问题，实现城市的可持续发展，需要改变传统城市地质工作对地下空间的利用形式，加强城市基础地质工作，同时还要充分利用计算机、地理信息系统、城市遥感等现代信息技术的最新成果，对城市地质数据进行有效的采集、存储、管理、可视化再现、甚至网络化服务（朱良峰，2004b；刘修国，2005）。
城市地质研究的关键是对地下空间地层及构造条件的研究，通过这些基础条件研究分析城市地质环境问题，通过对地质对象在地下空间的相对位置、形态、物化特征等三维构模处理，使这些城市赖以存在的地质基础条件可为非专业的决策层所理解，并在城市发展的规划中体现这些大自然所赋予人类的地质空间资源的价值（武强，2004）。这就必须借助可视化技术，运用计算机图形图像处理技术，将复杂的甚至十分抽象的概念以直观的图形图像形式表现出来，以便于理解现象、发现规律和传播知识，对增强交流、展示成果，提高决策能力。因此，三维GIS和三维可视化技术在地质领域以及城市三维地质信息系统建设中已成为当前城市地质工作的必需。不仅要对城市三维地质多源海量数据进行一体化的存储与管理，并且并在此基础上进行各种专业分析和各类工程地质信息的网络发布，从而为制定科学合理的城市发展规划提供基础地质资料和决策依据。
但迄今为止，人们一直按照平面图或铺盖数据模型，将具有鲜明的多维、动态特征的现实空间世界抽象为二维、静态目标，这在三维实体及其时空变化的表达方面存在着很大的局限性（陈军，2000）。2D GIS和DEM技术已经比较成熟，市场上存在许多成功的商业软件，而三维GIS的研究、开发与应用则远远落后。尽管三维GIS的研究与实践在国内外已经十分广泛，并且在采矿和石油等领域已经具有部分三维功能的专用GIS或空间信息系统，但由于它们都是针对专门领域的应用需求研发的，这些软件多是孤立的、封闭的专用平台。而且，3D GIS在地质领域的应用仍存在大量的技术难点，可概括为：多元化地质信息获取、集成与更新；复杂地质体的数据模型及其准确性、逼真性和可用性；海量数据存储和实时显示；以及空间信息分析与共享等（武强，2004；吴立新，2005；潘懋，2007）。
近年来，随着计算机技术的发展和计算能力的提高，地下工程可视化技术得到了广泛的关注和应用。
地下工程的可视化研究的主要目的是通过数字化技术和三维可视化技术，将地下工程的结构、设计、施工和维护过程转化为可视化的形式，从而提高地下工程的安全性、效率性和可靠性。具体而言，地下工程可视化研究的目的和意义主要包括以下几个方面：
提高地下工程设计的精度和效率：地下工程的设计往往需要考虑很多复杂的因素，如地质条件、地下水情况、地下管线布局等，这些因素的综合作用往往导致设计难度较大。通过可视化技术，可以将这些因素转化为可视化的形式，从而帮助设计人员更加直观地了解地下工程的情况，提高设计的精度和效率。
提高地下工程施工的安全性和效率：地下工程施工往往需要面对复杂的地质条件、地下管线等情况，这些情况往往给施工带来很大的安全隐患和施工难度。通过可视化技术，可以将地下工程的结构、管线布局等信息转化为可视化的形式，从而帮助施工人员更加直观地了解地下工程的情况，提高施工的安全性和效率。
提高地下工程维护的效率和可靠性：地下管线的维护需要经常性的巡检和维修，而地下管线的布局往往较为复杂，巡检和维修难度较大。通过可视化技术，可以将地下管线的结构、布局等信息转化为可视化的形式，从而帮助维护人员更加直观地了解管线的情况，提高维护的效率和可靠性。
其中，三维可视化技术是其中的一个重要方向，它通过将地下工程的结构、位置、尺寸等信息转化为三维模型，使得地下工程的结构和特征更加直观化和可视化。
在地下工程可视化技术中，基于体绘制的真三维透明化雕刻技术是一个重要的发展方向。该技术通过将地下工程的结构信息转化为三维数据，再通过真三维透明化雕刻技术将数据进行可视化处理，实现对地下工程的高清晰度、真实感和透明度的展示。该技术在地下管线、地下水文、地下坑洞等领域得到了广泛的应用。
虚拟现实和增强现实技术也在地下工程领域得到了广泛的应用。虚拟现实技术可以通过增强的交互方式，提供更加直观的维护和监控体验。例如，通过虚拟现实技术可以实现对地下管线和设备的实时监测和控制。而增强现实技术则可以通过将虚拟信息与现实场景相结合，提供更加直观的信息展示和沟通方式。例如，可以通过增强现实技术在现实场景上叠加地下管线的信息，帮助用户更好地理解地下管线的结构和布局。
除此之外，基于web的在线可视化服务也是地下工程可视化中一项重要技术。在地下工程中，基于Web的在线可视化服务技术可以应用于地下管线、地下隧道、地下矿山等领域。例如，通过将地下管线数据转换为可视化的3D模型，用户可以更加直观地了解管线的位置、结构和管线间的关系，从而更好地进行规划和管理。此外，基于Web的在线可视化服务技术还可以用于地下矿山的安全监测和矿产资源的评估。
近年来，中国在地下工程可视化技术方面的研究和应用取得了较大进展。一方面，国内多所大学和科研机构积极开展相关研究，推动了技术的不断升级和创新。另一方面，地下工程可视化技术也在各类工程项目中得到了广泛应用，包括地铁建设、地下管道维护等方面。北京地铁在建设过程中，采用了3D可视化技术来帮助设计和施工。例如，在北京地铁十号线的建设中，使用BIM技术对地下管线、设备等进行可视化，可以提前发现潜在的设计问题，并在施工过程中实时监控进度和质量。上海市工程勘察设计研究院研发了一款名为“地下城市规划与设计虚拟现实系统”的软件，可以帮助用户进行地下城市规划和设计。该软件可以展示地下空间的三维模型、管线分布、空气流动等信息，同时也可以进行多人协同设计和漫游。深圳市公用事业发展集团使用虚拟现实技术来帮助管理地下管网。使用AR技术，可以实时监测管道损坏和漏水等问题，并指导维修人员进行修复。
国外方面，欧洲国家和北美国家的可视化技术应用比较成熟。一些重要的应用：加拿大西蒙弗雷泽大学的研究人员开发了一种名为“iSIGHT Mine”的地下矿山可视化系统，该系统可以生成三维地质和采矿模型，帮助采矿工程师进行地质勘探和规划。英国谢菲尔德大学的研究人员使用激光扫描技术和虚拟现实技术，开发了一个名为“iTRACE”的地铁隧道可视化系统，可以用于隧道的构建、检查和维护。美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员使用激光雷达和地下雷达技术，开发了一种名为“VITARS”的地下管线可视化系统，可以帮助工程师进行管线的位置探测和维修。德国柏林工业大学的研究人员使用地下雷达技术和三维可视化技术，开发了一个名为“Berliner Unterwelten”的地下城市可视化系统，可以用于城市规划和历史文化研究。
透明地下工程可视化技术是地下工程领域中的重要研究方向之一，其意义在于为地下工程的设计、建设、运营和维护提供更加科学、准确、高效的技术支持，降低工程成本和风险，提高工程的质量和效率。随着计算机技术的不断发展和进步，各种新的技术和方法将不断涌现，为地下工程的建设和维护提供更加有效和高效的手段和支持。