地球经过了漫长的演化发展,形成了复杂多样的地质景观。地质景观是地学研究的重要对象和载体,既有科学研究的价值,也有美学教育的价值,因此长期以来地质学家通过各种手段来记录地质景观现象,包括野外素描、拍照、录像等等。但是,地质景观本身是一种复杂的三维实景,具有多样性、多尺度性和不规则性的特点,传统的记录方式难以真实的反演三维地质实景,地学家们需要一种简单、快速、准确的方式来记录野外的地质景观。随着计算机视觉及摄影测量与遥感技术的融合发展,出现了运动恢复结构多视图立体(Structure From Motion Multi View Stereo,SFM-MVS)三维重建技术,该技术是一种基于图像的三维重建技术,利用多视角采集的图像实现三维空间的快速真实重建。相比于价格昂贵的激光扫描雷达,SFM技术仅利用数字图像就能实现物体的三维重建,数字图像的采集使用常见的数码相机或智能手机就能完成,极大的降低了三维数据的采集成本。此外,该技术具有操作简便、建模高精度的优点,是目前摄影测量领域的最新进展,也是遥感研究的热点问题。目前,利用SFM技术对地质景观进行三维重建还处于探索阶段,国内很少有学者对其展开研究。本文基于SFM技术对地质景观三维重建展开了以下6个方面的研究:(1)从成像机理出发,归纳了SFM三维重建原理,对其相关算法进行了深入研究;(2)从地学应用的角度考虑,研究了SFM技术在野外地质环境下的建模流程;(3)对SFM技术在实际应用中所面临的关键问题进行了研究,包括遥感平台、相机传感器、处理软件等;(4)对SFM技术获取的三维点云与地面激光lidar点云作比较,对点云精度进行了评价。(5)以工程地质测绘为例,阐述了SFM技术在工程地质测绘中的应用。(6)对基于Web3D的三维重建技术展开了研究,展望了SFM技术在地学中的应用前景。以SFM三维重建技术为基础,本文取得了4个方面的研究成果:(1)以周口店典型地质剖面为例,研究了一套快速三维重建方案,适用于无尺度约束的野外地学场景。(2)以周口店太平山滑坡及湖北恩施崖壁危岩为例,研究了SFM高精度三维重建技术,解决了传统地质测绘难以对高陡边坡近距离观测的问题。(3)对SFM获取的密集点云与lidar进行了对比,实验结果表明,两者的点云空间位置距离具有较高的一致性。(4)面向地质景观三维重建,在Web3d技术的基础上,开发了一套云端三维重建系统,该系统可对图像进行快速三维重建,同时生成数字高程模型和正射影像。已部署在云服务平台,满足野外地质数据采集同步数据传输实时三维重建的需要。