Die Photogrammetrie ist der Prozess der Erfassung verlässlicher Daten von realen Objekten mithilfe von Fotos.
Zwei- und dreidimensionale Daten werden aus einem Bild extrahiert und mit den sich überschneidenden Fotos von einem Objekt, Gebäude oder Gelände in ein digitales 3D-Modell konvertiert. So ist es möglich, große Objekte und sogar ganze Landschaften einzufangen, die man ansonsten nicht scannen könnte. Daher wird die Photogrammetrie häufig von Vermessungstechnikern, Architekten, Ingenieuren und Unternehmen genutzt, um topografische Karten, Netzwerke oder Punktwolken zu erstellen.
Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Photogrammetrie-Programme mit den unterschiedlichsten Funktionen. Kommerzielle Lösungen eignen sich vor allem für industrielle und ingenieurstechnische Anwendungen, aber es gibt auch leistungsstarke Apps und Programme, die kostenlos verfügbar sind. Alles, was Sie benötigen, ist eine Kamera oder ein Handy, um Fotos zu machen. Sollten Sie Zugang zu einem 3D-Drucker haben, können Sie Ihre Modelle hinterher sogar selbst drucken.
In diesem Artikel haben wir die besten Photogrammetrie-Programme zusammengetragen, doch zunächst sollten wir uns erst einmal ansehen, wie diese Programme eigentlich funktionieren.
Arten der Photogrammetrie
Photogrammetrie-Software erkennt automatisch die gemeinsamen Punkte mehrerer Bilder und berechnet deren Abstand im dreidimensionalen Raum. Dieser Prozess ergibt dann eine Punktwolke, die daraufhin in ein 3D-Mesh umgewandelt werden kann. Im Allgemeinen bedeuten mehr Fotos eine bessere Qualität des Modells. Einige fortgeschrittene Programme verfügen über Tools, mit denen die Punktwolke bearbeitet und so das Mesh verbessert werden kann.
Um die Genauigkeit der Photogrammetrie-Softwares sicherstellen zu können, ist eine ausreichende Menge an Bilddaten vonnöten. Hierbei werden vor allem zwei Techniken verwendet: „Structure from Motion“ (SfM; Struktur aus Bewegung) und codierte Marker. Die SfM-Technik setzt auf natürliche Eigenschaften, wie zum Beispiel Baumrinde und dichte Oberflächen. Codierte Marker kommen bei Objekten mit schlecht zu verarbeitenden Eigenschaften oder reflektierenden oder durchsichtigen Oberflächen zum Einsatz. Wenn sie richtig verwendet werden, können mit codierten Markern präzisere Ergebnisse als mit der SfM-Technik erzielt werden.
Die meisten Photogrammetrie-Softwares konzentrieren sich auf die Generierung hochwertiger 3D-Meshes oder Punktwolken, aber es gibt auch Softwares, die über Analysetools verfügen. Mit diesen Zusatzfunktionen können Maße berechnet, Karten mit Anmerkungen versehen oder die Daten erweitert werden. Vor allem Unternehmen aus den Bereichen Infrastruktur, Forstwirtschaft und Küstenschutz machen häufig von solchen Lösungen Gebrauch.
Für die Photogrammetrie wird üblicherweise eine Handkamera oder eine auf einem Stativ montierte Kamera (für zusätzliche Stabilität) verwendet. Diese als terrestrische Photogrammetrie bekannte Vorgensweise erfasst Bilder auf Straßenebene und eignet sich zum Scannen kleiner Objekte.
Bei der Luftaufnahmen-Potogrammetrie wird eine Kamera an einem Flugzeug montiert, um Bilder von größflächigen Strukturen wie Gebäuden, Bergen oder Städten aufzunehmen. Für ein qualitativ hochwertiges Modell werden Hunderttausende Fotos und eine Schnittmenge von 80 bis 90 % benötigt.
Nun, da wir das geklärt haben, sehen wir uns jetzt die besten kostenlosen Optionen an, damit Sie direkt damit anfangen können, atemberaubende Modelle zu erstellen.
Meshroom
Meshroom ist eine kostenlose Open-Source-Photogrammetrie-Software, die auf AliceVision basiert. Sie können damit 3D-Modelle erstellen, indem Sie eine Vielzahl von Bildern eines Objektes einsetzen, die aus verschiedenen Winkeln aufgenommen wurden. Die Software berechnet die Entfernung zwischen den Punkten auf der Oberfläche und erzeugt ein Drahtgittermodell des Objektes.
Das Programm nutzt einen benutzerfreundlichen, knotenbasierten Workflow, der alle Schritte zum Generieren eines 3D-Modells miteinander verbindet. Bei einigen anderen Programmen müssten Sie diese Schritte einzeln aktivieren. Da sie in Meshroom aber eine Reihe von Knotenpunkten bilden, ist hier nur ein Klick nötig.
Jetzt fragen Sie sich vielleicht: Wozu diese ausgeklügelte Reihe von Knotenpunkten, wenn doch eine einzige Taste ausreicht? Jeder einzelne Knotenpunkt kann so individuell angepasst werden, dass Sie genau das Ergebnis erzielen, das du haben möchten. Sie können beispielsweise den Texturknoten auswählen, um die Auflösung der Texturabbildung auf die entsprechende Anwendung anzupassen, vom Mobile Gaming bis hin zum hochauflösenden Rendering. Je mehr Sie sich mit dieser kostenlosen Photogrammetrie-Software auseinandersetzen, desto besser werden deine Ergebnisse sein.
Sollten Sie Autodesk Maya nutzen, können Sie auf der Webseite ein kostenloses Meshroom-Plug-in herunterladen und installieren, um die Software direkt in Maya zu verwenden. Es gibt aber auch einfache Exportoptionen für Blender und Unity.
- Wo kann man’s finden? Alicevision
- Betriebssysteme: Windows, Linux
- Ausgabeformate: .obj, .ply
OpenMVG
OpenMVG ist eine Photogrammetrie-Bibliothek, die sowohl in der MVG-Community (Multiple View Geometry) als auch bei Wissenschaftlern aus dem Bereich des Maschinellen Sehens sehr beliebt ist. Das Hauptaugenmerk des Programms liegt auf der Structure-from-Motion-Methodik (SfM) der Photogrammetrie, was auch daran ersichtlich wird, dass einige der integrierten Tools komplett darauf ausgerichtet sind.
Alle Funktionen und Modelle der Software wurden daraufhin getestet, dass sie auch garantiert unter realen Bedingungen funktionieren.
Um dieses Photogrammetrie-Programm auch auf Windows- oder Linux-PCs nutzen zu können, bedarf es einiger Kompilierung und Computerkenntnisse. Da OpenMVG stark auf die Community und allgemeine Zugänglichkeit setzt, fügt es sich hervorragend in die Workflows anderer Photogrammetrie-Tools ein.
- Wo kann man’s finden? GitHub
- Betriebssystem: Windows
- Ausgabeformat: .ply
VisualSFM
Wie der Name VisualSFM bereits vermuten lässt, bedient sich das Programm der Structure-from-Motion-Methodik, um Punktwolken zu generieren. Ausführbar ist das Programm dabei über die Befehlsleiste oder die grafische Benutzeroberfläche. Das Photogrammetrie-Programm kann Merkmale erkennen und abgleichen und Bündel anpassen.
VisualSFM wurde von Changchang Wu, einem Software-Ingenieur bei Google, entwickelt und entstand aus den Ergebnissen von Wus eigener Forschung sowie der anderer Forscher auf diesem Gebiet. Obwohl eingefleischte Photogrammetrie-Fans mit Dutzenden von Parametereinstellungen sich nach Herzenslaune austoben können, um die Ergebnisse zu optimieren, besteht der grundlegende Prozess zum Erstellen einer Punktwolke doch eigentlich aus nicht mehr als vier Klicks.
Bitte beachten Sie, dass diese Programm ausschließlich für den privaten, nicht-kommerziellen und akademischen Gebrauch kostenlos ist.
- Wo kann man’s finden? VisualSFM
- Betriebssysteme: Windows, MacOS, Linux
- Ausgabeformat: .ply
MicMac
MicMac ist eine kostenlose Open-Source-Photogrammetrie-Software, die vom französischen Institut national de l’information géographique et forestière und der französischen École nationale des sciences géographiques entwickelt wurde. Die zahlreichen Funktionen eignen sich primär für Profis oder Akademiker, aber auch für Hobbyisten ist diese Software durchaus interessant.
MicMac, das perfekte Ergebnis aus konsistenter Lehre und Forschung, hat sich als vielseitiges Werkzeug erwiesen, das erfolgreich in Bereichen wie der Kartografie, dem Umweltschutz, der Forstwirtschaft, dem Erhalt des kulturellen Erbes und der Privatwirtschaft eingesetzt wurde, um damit 3D-Modelle und orthographische Bilder zu generieren.
Diese Photogrammetrie-Software ist zudem in der Lage, mit allen Objekten und Maßstäben fertig zu werden. Das heißt, MicMac kann sowohl große Flächen als auch kleine Objekte ausmessen. Außerdem eignet sich die Software sowohl für Nah- als auch für Luftaufnahmen. Dank einiger der Bearbeitungstools kann die Software auch im Messwesen und in der Standortvermessung eingesetzt werden. Es gibt viele Online-Tutorials zur Verfügung gestellt, sodass der Einstieg wirklich kinderleicht ist.
- Wo kann man’s finden? GitHub
- Betriebssysteme: Windows, MacOS, Ubuntu, Raspberry Pi
- Ausgabeformate: .geotiff, .ply, .xml
Regard3D
Regard3D ist eine kostenlose und quelloffene Photogrammetrie-Software, die die „Structure from Motion“ (SfM)-Methode verwendet, um Fotos eines Objekts aus verschiedenen Winkeln in ein 3D-Modell zu konvertieren. Es bietet eine umfangreiche Werkzeugpalette zur Bearbeitung der Punktwolke, entweder mit farbigen Punkten oder einer Textur, bevor ein 3D-Netz erzeugt wird.
Tatsächlich ist das Programm so umfänglich, dass es durchaus eine Weile dauern kann, bis Sie sich mit allen anpassbaren Einstellungen und Parametern auskennen, um die von dir gewünschten Ergebnisse erzielen zu können. Sollten Sie noch neu im Feld der Photogrammetrie sein, dann ist diese Software der perfekte Einstieg. Auf der Webseite von Regard3D werden Ihnen alle Anleitungen und Tutorials zur Verfügung gestellt, die Sie brauchen, um mit der Photogrammetrie anzufangen.
- Wo kann man’s finden? Regard3D
- Betriebssysteme: Windows, MacOS
- Ausgabeformate: .obj, .ply
COLMAP
COLMAP ist eine Photogrammetrie-Software, die auf GitHub kostenlos zur Verfügung steht. Ausführbar ist sie entweder über die Kommandozeile oder – wie jedes andere Programm auch – über die grafische Benutzeroberfläche. Wie die meisten Photogrammetrie-Programme auf dieser Liste auch kann COLMAP 3D-Objekte automatisch aus den Aufnahmen einer einzelnen oder mehrerer Kameras rekonstruieren.
Da diese Software von Wissenschaftlern entwickelt wurde, verfügt COLMAP darüber hinaus über eine Vielzahl an fortgeschrittenen Optionen. Alle, die nur auf schnelle und unkomplizierte Art und Weise ein 3D-Mesh erstellen wollen, können diese Optionen getrost ignorieren. Es sei aber dazu gesagt, dass mit diesen Feineinstellungen die Ergebnisse definitiv verbessert werden. Sie können beispielsweise detailliert angeben, welche Art von Kamera für die Aufnahmen verwendet wurde. Gleiches gilt auch für das Filtern von Eigenschaften; dieser Prozess kann genau eingestellt werden und liefert so optimale Ergebnisse.
Das Programm kann zwar ein 3D-Mesh exportieren, in der Software selbst ist allerdings nur die Anzeige und Bearbeitung der dichten Punktwolke möglich. Um das 3D-Mesh zu bereinigen und zu verfeinern, bedarf es weiterer Programme, wie zum Beispiel MeshLab.
- Mehr dazu: GitHub
- Betriebssysteme: Windows, MacOS, Linux
- Ausgabeformate: .ply, .vrml
PhotoCatch
PhotoCatch ist eine der ersten Apps, die auf Apples Object Capture API basieren, die unter macOS Monterey (und neueren Versionen) verfügbar ist. Die Software ermöglicht es Ihnen, 3D-Objekte mit Ihrem iPhone oder Ihrem iPad mit einem einfachen und benutzerfreundlichen Prozess zu scannen, der Sie nur ein paar Minuten kostet.
Für das Kompilieren der Daten benötigen Sie allerdings einen Mac mit M1-Chip oder einen Intel-Mac mit 16 GB Arbeitsspeicher und einem AMD-Grafikprozessor mit mindestens 4 GB VRAM. Sollten Sie diese technischen Voraussetzungen nicht erfüllen können, können Sie PhotoCatch auch über ein mobiles iOS-Gerät nutzen.
Das Feedback der Community ist überaus positiv und selbst Neulinge um Bereich der Photogrammetrie berichten, dass sie erfolgreich Scans erstellen können. Wenn Sie die Hardware-Anforderungen erfüllen oder es Ihnen nichts ausmacht, ein paar Euro für die Cloud-Computing-Lösung auszugeben, sollten Sie PhotoCatch einfach mal ausprobieren.
Die App kann kostenlos heruntergeladen werden; je nach Anzahl der hochgeladenen Bilder kostet ein Modell dann mindestens 2 €. Es gibt auch Essentials- und Pro-Abonnements, die im Monat 5 bzw. 10 € kosten. PhotoCatch unterstützt auch den direkten Export auf Sketchfab, wo viele Modelle gezeigt werden und zum Download zur Verfügung stehen.
- Wo kann man’s finden? App Store
- Betriebssysteme: MacOS, iOS
- Ausgabeformat: .usdz
Kiri Engine
Während unter iOS eine gewisse Vielfalt an Fotogrammetrie-Apps zur Verfügung steht, ist die Auswahl unter Android viel begrenzter. Kiri Engine ist unserer Meinung nach einer der wenigen Dienste, die bei der Nutzung von Android-Smartphones brauchbare Ergebnisse liefern.
Es besteht sogar die Möglichkeit, die Web-Schnittstelle zu benutzen – Sie benötigen also noch nicht mal ein Handy! Die Nutzung von Kiri Engine in einem Webbrowser ist ganz einfach und ermöglicht Ihnen das Hochladen von Bildern von einer digitalen Spiegelreflexkamera für eine noch bessere Rekonstruktion.
Die App kann kostenlos heruntergeladen werden, aber um gescannte Modelle exportieren zu können, benötigen Sie Token. Mit diesen Token können Sie ein gescanntes Modell beliebig oft herunterladen. Sie erhalten drei Token, die sich wöchentlich wieder auffüllen. Es besteht ein Limit von 70 Fotos pro Modell. Die Pro-Version liegt bei rund 55 € im Jahr bzw. bei 14 € im Monat. Mit dieser Version können Sie Modelle unbegrenzt exportieren, sie verfügt über fortgeschrittene Kameraeinstellungen und die Web-Schnittstelle und sie können bis zu 200 Fotos pro Modell hochladen.
- Wo kann man’s finden? App Store, Google Play, Webbrowser
- Betriebssysteme: iOS, Android
- Ausgabeformate: .obj, .mtl, .jpeg
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