城市轨道交通线路多处于城市中心区，地上建筑物和地下构筑物情况复杂，潜在冲突多，传统的二维设计环境不易直观地发现各种潜在冲突，已难以满足城市轨道交通线路设计工作的需求。基于这一思想，本文以“城轨线路三维可视化设计基础理论和方法”为主题，对其中的所涉及的理论方法和关键技术进行了研究，从建模方法和算法方面提出了一整套方法并予以实现。主要研究内容及研究结果如下：(1)实现了基于Google Earth的空间地形数据、影像数据、建筑物高度等数据的自动、快速和批量提取方法。(2)针对大量管线类地下结构物的特点，提出了任意多边形断面沿着管线中心线纵向分段插值延伸的统一建模方法，使地下线状结构物建模统一和快速。(3)基于参数化方法、GIS技术、透明融合技术、单元模型方法、三维图形库建模的混合建模方法，实现了城市轨道线路高架桥梁、地下隧道、路基、车站的快速、多样性景观为一体的三维快速建模方法。(4)实现了地下水位分层三维建模和基于GTP体元的三维地质体建模集成的建模方法。(5)基于三维场景中的空间交互查询技术、三维跟踪球算法，直接在三维环境中生成线路中心线三维模型。本文的研究虽然是针对城市轨道交通线路设计问题进行的，但其研究成果也可直接应用于铁路、公路三维线路设计以及数字城市和数字管线的应用研究。