基于面模型的建模方法侧重于3D空间实体的表面表示，如地形表面、地质层面、构筑物（建筑物）及地下工程的轮廓与空间框架。所模拟的表面可能是封闭的，也可能是非封闭的。基于采样点的TIN模型和基于数据内插的Grid模型通常用于非封闭表面模拟；而B—Rep模型和Wire Frame模型通常用于封闭表面或外部轮廓模拟。Section模型、Section—TIN混合模型及多层DEM模型通常用于地质建模。通过表面表示形成3D空间目标轮廓，其优点是便于显示和数据更新，不足之处由于缺少3D几何描述和内部属性记录而难以进行3D空间查询与分析。
1.TIN和Grid模型
有多种方法可以用来表达表面，如等高线模型、Grid模型、TIN模型等。最常用的表面建模技术是基于实际采样点构造TIN。TIN方法将无重复点的散乱数据点集按某种规则（如Delaunay规则）进行三角剖分，使这些散乱点形成连续但不重叠的不规则三角面片网，并以此来描述3D物体的表面；而Grid模型则是考虑到采样密度和分布的非均匀性，经内插处理后形成规则的平面分割网格。这两种表面模型一般用于地形表面建模，也可用于层状矿床建模。对于层状矿床，一般先生成各岩层接触界面或厚度在模型域上的表面模型，然后根据岩层间的截割和切错关系通过“修剪”、“优先级次序覆盖”、算术和逻辑运算方法对各岩层接触面或厚度进行精确修饰。
2.边界表示（B—Rep）模型
通过面、环、边、点来定义形体的位置和形状。例如一个长方体由6个面围成，对应有6个环，每个环由4条边界定，每条边又由两个端点定义。其特点是：详细记录了构成物体形体的所有几何元素的几何信息及其相互连接关系，以便直接存取构成形体的各个面、面的边界以及各个顶点的定义参数，有利于以面、边、点为基础的各种几何运算和操作。边界表示建模在描述结构简单的3D物体时十分有效，但对于不规则3D地物则很不方便，且效率低下。边界线可以是平面曲线，也可以是空间曲线。
3.线框（Wire Frame）模型
线框建模技术实质是把目标空间轮廓上两两相邻的采样点或特征点用直线连接起来，形成一系列多边形，然后把这些多边形面拼接起来形成一个多边形网格来模拟地质边界或开挖边界。某些系统则以TIN来填充线框表面，如DataMine。当采样点或特征点呈沿环线分布时，所连成的线框模型也称为相连切片（Linked Slices）模型，或连续切片模型。
4.断面（Section）模型
断面建模技术实质是传统地质制图方法的计算机实现，即通过平面图或剖面图来描述矿床，记录地质信息。其特点是将3D问题2D化，简化了程序设计；同时在地质描述上它也是最方便、实用性最强的一种建模技术；但它在矿床的表达上是不完整的，断面建模难以完整表达3D矿床及其内部结构，往往需要通过其他建模方法配合使用，同时由于采用的是非原始数据而存在误差，其建模精度一般难以满足工程要求。
5.断面—三角网混合模型
在二维地质剖面上，主要信息是一系列表示不同地层界线的或有特殊意义的地质界线（如断层、矿体或侵入体的边界），每条界线赋予属性值，然后将相邻剖面上属性相同的界线用三角面片（TIN）连接，这样就构成了具有特定属性含义的3D曲面。其建模步骤为：①剖面界线赋值；②二维剖面编辑；③相邻剖面连接；④3D场景的重建。
6.多层DEM建模
首先基于各地层的界面点按DEM的方法对各个地层进行插值或拟合，然后根据各地层的属性对多层DEM进行交叉划分处理，形成空间中严格按照岩性（或土壤性质）为要素进行划分的3D地层模型的骨架结构。在此基础上，引入地下空间中的特殊地质现象、人工构筑物等点、线、面、体对象，完成对3D地下空间的完整剖分。