[目的]为准确、快速地重建船体板架非结构面三维形状，便于船体结构变形的高精度高效率测量，设计一种基于RGB-D深度图像的模型重建方法。[方法]首先通过随机抽样一致性算法与最小二乘法相结合的方式剔除点云集中的异常数据，再利用RGB彩色图像棋盘格标靶位置信息对结构多视角点云进行配准；其次将结构物面进行区域网格划分并对点云进行聚类，运用最小二乘法原理对每个网格点云子集进行空间曲面拟合，实现点云融合，在此基础上采用高阶面元实现船体结构外板表面的三维重建；最后，通过试件重构模型与激光扫描点云进行对比，验证模型重建方法的精确性。[结果]结果显示，试件三维重构模型较激光扫描点云随机点的均方根误差为1.02 mm，建模精度满足船舶建造工程需求，同时结构RGB-D深度图像数据获取时间相比于激光扫描可忽略不计。[结论]研究表明，提出的模型重建方法能够准确高效地完成船体板架非结构面三维重构，为船体结构变形测量提供了有力的数据支撑。