攝影測量軟件評測

概要

過去，讓很多人對攝影測量望而卻步的因素，如今已經得到改善，特別是價格和現有技術。這也為大規模應用鋪平了道路，刺激行業開發性能更強、更為友好的軟件。本文將介紹現有的相關軟件，覆蓋兼容性、價格、利弊以及一些重要細節，幫您快速了解產品特性，找到符合需求的解決方案。

涉及軟件

3DF Zephyr, Meshroom, VisualSFM, RealityCapture, Agisoft Metashape, Artec Studio

平臺

Windows, macOS, Linux, Debian, Ubuntu

價格范圍

免費 – $4,000

何為攝影測量？

公差基準設定為1/500毫米時，您可能希望達到計量級設備的水準。

對于語言純粹主義者而言，攝影測量的英文單詞photogrammetry從嚴格意義上來說，是指根據照片進行可靠測量的過程。英文中的photo指光，gramma指書寫，metron指測量。它的用途更加科學，或者說更為工業化。質檢、變形分析及其他高精度的測量案例中都能看到它的身影。

對于許多從事視覺藝術和遺產保護的人來說，這個詞的定義很簡單：將圖片轉換成3D模型。歷史學家用它來完成考古標本的全彩數字模型，CGI藝術家用它為動畫或游戲開發快速構建資產，包括一些業余愛好者，會3D打印模型，在共進晚餐的客人面前，炫耀一番。

而我們認為這是將2D圖片重構為3D數據的一項技術。這一定義同時覆蓋了用于計量和CGI的攝影測量技術。

奧巴馬正坐在由50個LED燈和14個攝像頭組成的定制攝影測量裝置前。只需短短幾秒，就能從多個角度拍攝總統臉部，那么，我們也就能采集高品質紋理數據，并后期與兩臺Artec Eva掃描儀采集的三維掃描合并，完成了首個國家元首的全彩3D雕像。圖片來源：美國白宮。

為何需要攝影測量？

阻礙專業人士使用攝影測量的技術和成本限制正在逐步消失。今天，一臺可以拍攝4K圖片的智能手機根本不足為奇。低成本3D打印機價格低至幾百美元，新一代愛好者完全可以自學攝影測量，從頭到尾自行在家制作3D模型，無需過多花費。

對于計量領域，用戶傾向于使用攝影測量法，因其精度出色，盡管比激光跟蹤儀更便宜，但效果卻不相上下。

目前，市面上有免費和付費軟件，能幫您輕松完成圖片至3D模型的轉換?，F在我們先介紹免費軟件。

免費攝影測量軟件

3DF Zephyr

優勢

·         用戶友好

·         大量支持與培訓材料

·         支持CAD繪圖、多線提取、生成截面、路徑和輪廓

·         使用激光雷達、TI、相機、視頻等其他設備數據

缺點

·         僅支持Windows

·         免費版功能嚴重受限

輸出文件格式

ply, obj, fbx, pdf 3D, u3d, dae, pts, ptx, xyz, txt, las, e57

操作系統

Windows 11/10/8.1/8 x64

3DF Zephyr有三個版本。完整版為頂配版，您可按月訂閱，也能一次性購買永久許可。3DF Zephyr Lite版屬于中檔級別，其次為3DF Zephyr免費版。免費版支持構建3D模型，但可用的相片數不能超過50。僅可使用NVIDIA GPU來優化處理過程，導出選項也只支持JPEG格式紋理網格，以及導出至YouTube。3DF Zephyr免費版的編輯工具也十分有限。盡管這些限制看起來讓人放不開手腳，但如果只想進行測試，感受一下軟件，完全綽綽有余。您可稍后升級至沒有限制的高級版本，享受點云、紋理網格、位置和距離等更多導出選項。此外，還能享受激光掃描儀文件格式支持、生成正射影像、以及測繪、地理信息系統和CAD工具。

下載鏈接：https://www.3dflow.net/3df-zephyr-free

Meshroom

優勢

·         開源

·         完全免費

·         操作簡便

·         活躍的開源社區提供支持

缺點

·         和付費軟件相比，功能有限

·         無macOS版本

輸出文件格式

abc, obj

操作系統

·         Windows

·         Linux

這款開源解決方案建立在AliceVision框架之上，這是一個具有三維重建和攝像機跟蹤功能的計算機視覺算法框架。該軟件內含簡單易用的拖拽編輯器，您可調整工作流程或業務進程，也可使用默認的一鍵式工作流程。因此，操作靈活的Meshroom既適合初學者，又能滿足高級用戶的需求。

Meshroom能支持1000多張圖片，兼容其他3D建模軟件，例如Houdini、Blender、Maya和ZBrush。您可在其他3D建模軟件中編輯網格后，通過Meshroom為其增加紋理。庫中的額外算法可進行3D重建、目標識別等，也能為用戶所用。

VisualSFM

優勢

·         3D生成工作流程相當簡單

·         完全免費，無功能受限

·         文檔資料豐富

缺點

·         用戶界面設計簡單

·         需掌握一定命令行知識，才能更好控制

·         需其他軟件創建網格或清理點云

輸出文件格式

ply

操作系統

·         Windows

·         macOS

·         Linux

軟件名中的SFM是Structure from Motion的首字母縮寫。這是一項通過圍繞物體運動從而估計幾何信息的技術。當觀察者改變位置，近距離物體似乎比遠距離物體位移改變更大。若計算這些相對差異，就能發現目標物體的三維結構。人類也使用這項技術。VisualSFM為這些計算提供了圖形化的用戶界面。這是谷歌軟件工程師Changchang Wu編寫的解決方案，無其他額外功能，用戶能根據2D圖像生成3D模型。

整個流程共分四步，您可選擇命令行而非圖形用戶界面來運行。用戶將圖片導入VisualSFM、運行特征檢測和圖像匹配，隨后稀疏重建，進行稠密重建。VisualSFM提供個人、非營利、學術用途免費使用。

下載鏈接：http://ccwu.me/vsfm/index.html

付費攝影測量軟件

RealityCapture

優勢

·         用戶界面設計精良

·         功能齊全

·         全方位教程與支持

缺點

·         僅兼容Windows

輸出文件格式

jpg, png, XYZ, XYZRGB, tiff, bmp, dib, rle, jpeg, jpe, jfif, exif, exr, tif, wdp, jxr, dds, KML, KMZ, obj, ply, partlist, fbx, dxf, dae, bvh, htr, trc, asf, amc, c3d, aoa, mcd, wmv, mp4

操作系統

Windows

價格

·         按輸入付費：3500個點數$10；8000個點數$20

·         永久許可：$3750

RealityCapture是一款功能齊全的攝影測量解決方案，支持創建虛擬現實場景、紋理3D網格、正投影、地理參考地圖等功能。該軟件用戶界面設計精良，功能豐富，既可讓軟件自動完成簡單任務，也可手動控制更復雜的項目。

該軟件還配備合并圖像與激光掃描、創建三角水密網格、著色與紋理工具，以及正射投影、繪圖、距離/面積/體積測量功能。

下載鏈接：https://www.capturingreality.com/realitycapture

Agisoft Metashape

優勢

·         云和網絡處理能力

·         全面知識庫

·         功能豐富

缺點

·         專業版$3499，價位較高

·         標準版價格合理（$179），但功能十分有限，無中位價產品

輸出文件格式

·         紋理格式：JPG, TIFF, PNG, BMP, OpenEXR, JPEG 2000

·         相機標定格式：xml, ini, cal, dat

·         網格與點云：obj, ply, pts, las, laz, e57, u3d, dxf, oc3, cl3, 3ds, dae, abc, stl, fbx, wrl, glb, x3d, osgb, kmz

操作系統

·         Windows

·         macOS

·         Debian/Ubuntu

價格

·         專業版：$3499

·         標準版：$179

Agisoft Metashape是一款功能齊全的攝影測量解決方案，支持空中、近距、衛星等各類圖像。該軟件共有兩個版本，頂配專業版和標準版。專業版提供密集點云編輯，有數字表面和數字地形模型（DSM/DTM）、正交馬賽克生成工具、激光掃描支持、距離/面積/體積測量等多項功能。此外，軟件還支持質檢場景下的云處理、網絡瀏覽器中注釋和測量處理結果、分散式團隊協作。此外，還支持Python腳本和Java綁定，可用于定制自動化和處理流程，也可定制其他具體工作流程。

標準版功能受限，提供了一些功能，包括攝影測量三角測量、密集點云生成與編輯、3D模型生成與紋理等。但沒有網絡和運處理功能，也沒有Python模塊、Java庫和各類測量與分析工具。

下載鏈接：https://www.agisoft.com/downloads/installer/

Artec Studio

優勢

·         簡單易用

·         掃描至CAD功能

·         精度高達2微米

·         網格對齊至CAD簡單快捷

·         原生CGI與計量攝影測量功能

·         定期升級

·         海量文檔與支持材料

缺點

·         僅支持埃太科三維掃描儀

·         Apple計算機需使用Boot Camp

輸出文件格式

·         網格：OBJ, PLY, WRL, STL, AOP, ASC, Disney PTEX, E57, XYZRGB

·         點云（僅限Artec Ray）：PTX, BTX, XYZ

·         參照標記點：OBS

·         測量值：CSV, DXF, XML

·         CAD：STEP, IGES, X_T

操作系統

·         Windows

·         macOS下使用Boot Camp

價格

·         30天免費試用

·         年度訂閱： $1200

·         終身許可，免費升級： $2900

Artec Studio主要為三維掃描相關的工作流程提供環境和框架，同時也為攝影測量需求提供了強大功能。

對于和測量相關的案例，Artec Studio配有Artec計量套件插件，兩者可配合使用。Artec計量套件是市面上精準的攝影測量解決方案之一，可替代激光追蹤器。您可導入圖像，并據此生成點云，用于測量相關的應用，或在三維掃描大型物體和場景時，提供參照數據。

Artec Studio還配備相片紋理功能。用戶可以將相機中的圖像包裹在高分辨率、幾何精確的掃描數據上，并生成逼真的全彩3D模型。該軟件可以處理多達5億個多邊形，這意味著處理高分辨率大型物體也不是難題。

結論

可選擇的攝影測量解決方案范圍廣泛，且新產品不斷出現。本文我們列出的解決方案非常適合您開始摸索，找到合適的產品。就功能而言，本文介紹的軟件能一定程度上反應當前市場主流產品的功能。您的選擇，必然是出于需求、專業水平、可用資源和個人偏好的綜合考量。