Dieser Test der 3D-Scan-Software Skanect hat lange auf sich warten lassen und gehört zu den am häufigsten gewünschten. Einer meiner ersten getesteten Scanner war der Structure Sensor. Ich plante dazu eine dreiteilige Reihe und begann mit den kostenlosen Beispiel-Apps des Herstellers Occipital. Der zweite Teil war ein Test der hervorragenden Software itSeez3D.
Direkt danach begann ich mit Skanect. Der allgemeine Ablauf gefiel mir, die Texturqualität enttäuschte mich jedoch. Bei der Recherche erfuhr ich, dass Version 1.9 entwickelt wurde und neben anderen Verbesserungen genau dieses Problem beheben sollte. Deshalb verschob ich den Test und begann mit der Beta-Version.
Skanect 1.9 war über ein halbes Jahr in Entwicklung. Hat sich das Warten gelohnt?
Sensorkompatibilität und Preise
Viele machen ihre ersten Schritte beim 3D-Scannen mit einem Tiefensensor wie dem Structure Sensor für 379 US-Dollar. Vor allem, weil er erschwinglich ist und bereits ein kompatibles iPad vorhanden ist. Noch günstiger ist derzeit der eingestellte, aber stark reduzierte ähnliche iSense, teilweise schon für 75 US-Dollar. Mein auf eBay gekauftes Exemplar funktionierte mit Skanect 1.9 problemlos. Sämtliche Tests dieses Beitrags erfolgten jedoch mit einem Structure Sensor und der aktuellen Firmware 2.0.
Structure-Sensor-Nutzer suchen verständlicherweise günstige Software. Hier liegt ein Problem, von dem ich fast täglich höre: Es gibt wenig Auswahl. Die kostenlose Beispiel-App funktioniert gut, ist aber funktional und bei der Scan-Qualität eingeschränkt. itSeez3D liefert einen vollständig automatisierten Ablauf und ausgezeichnete Scans. Das aktuelle Geschäftsmodell kombiniert jedoch ein Monatsabonnement mit einer Gebühr pro Scan, sobald man mehr damit tun möchte, als ihn online zu teilen.
Skanect bietet eine kostenlose Version, die nicht kommerziell verwendet werden darf und auf 5.000 Polygone begrenzt ist. Sinnvolle Exporte sind damit kaum möglich. Glücklicherweise ist die Pro-Version mit 129 US-Dollar beziehungsweise 119 Euro zuzüglich Mehrwertsteuer sehr günstig. Wenn Sie noch keinen Structure Sensor besitzen, können Sie ihn auch zusammen mit Skanect für 499 US-Dollar kaufen.
Obwohl ich Skanect mit dem Structure Sensor teste, unterstützt es auch Asus Xtion, PrimeSense Carmine und Microsoft Kinect 360. Kinect für Xbox One beziehungsweise V2 wird nicht unterstützt, da dieses Modell für 3D-Scans wenig geeignet ist.
Ich übertrage die Sensordaten mit einem iPad per WLAN an den PC. Alternativ können Sie den Sensor mit dem USB-Hacker-Kabel für 39 US-Dollar direkt anschließen. Beachten Sie, dass so keine Farbtexturen erfasst werden können, weil der Structure Sensor keine RGB-Kamera hat.
Wie Skanect funktioniert und was Version 1.9 bringt
Skanect ist keine mobile App und arbeitet anders als die bisher getesteten Anwendungen. Occipitals Scanner-App fügt die Daten in Echtzeit auf dem iPad zu einem Polygonmodell zusammen, itSeez3D erledigt das in der Cloud. Skanect läuft dagegen auf einem PC oder Mac und führt die Daten dort zusammen.
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Das iPad dient somit hauptsächlich als Kamera. Läuft Skanect auf einem Computer im selben Netzwerk, erkennt die Structure-App für iOS das Programm und bietet einen Uplink-Modus an. Sie überträgt Tiefen- und Farbdaten an den Computer, der die Echtzeitfusion berechnet. Eine etwas an Predator erinnernde Vorschau wird auf das iPad zurückgeschickt, damit Sie Ihre Aufnahme beurteilen können.
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Das Warten hat fast ein Ende: Nach monatelanger Entwicklung teste ich jetzt die letzte Beta von Skanect 1.9.#3Dscanning mit @Structure Sensor und iPad pic.twitter.com/ONQeSUoQla
— 3D Scan Expert (@3DScanExpert) 3. April 2017
Für einen flüssigen Ablauf sind zwei Faktoren wichtig. Erstens ein schnelles WLAN, das nicht gleichzeitig für andere bandbreitenintensive Aufgaben genutzt wird. Ideal ist eine direkte Ad-hoc-Verbindung zwischen Geräten. Mit dem 5-GHz-WLAN unseres Studios hatte ich aber keine Probleme.
Zweitens eine gute Nvidia-Grafikkarte. Skanect bietet zwar auch einen CPU-Modus, im GPU-Modus arbeitete es bei mir jedoch deutlich flüssiger. Mein Windows-PC hat eine Nvidia GTX 1070 mit 8 GB Speicher. Version 1.9 unterstützt ausdrücklich CUDA 8 und die neuesten Titan-basierten GPUs, sodass man ihre Leistung nutzen kann. Eine schnelle Grafikkarte erlaubt die Einstellung Very High für Feedback Quality. Dann erfolgt auch die Echtzeitfusion bereits in dieser Qualität, was Zeit spart.
Mein MacBook Pro von 2012 mit GTX 650M funktionierte nach Installation der CUDA-Treiberebenfalls gut. Die neuesten Apple-Computer haben allerdings ATI-GPUs, die mit Skanect nicht kompatibel sind. Auf meinem Mac war nur Medium Feedback Quality möglich. Für maximale Details musste ich die Scan-Daten danach auf der CPU neu verarbeiten. Dazu später mehr.
Neben CUDA 8 ist der High Resolution Color Uplink die wichtigste Neuerung von Skanect 1.9. Früher übertrug die Structure-iOS-App einfach Tiefen- und Farbdaten mit hoher Bildrate. Jetzt nimmt sie zusätzlich gelegentlich hochauflösende Fotos für bessere Texturen auf. Das geschieht nur bei sehr langsamer Bewegung, um Bewegungsunschärfe zu vermeiden. Wenn Sie zu schnell sind, fordert die iPad-App Sie zum Verlangsamen auf.
Der Arbeitsablauf in Skanect
Skanect bietet mehr als reine Aufnahme: einen vollständigen Ablauf vom Scan bis zum Export mit umfangreichen Werkzeugen zur Mesh-Bearbeitung. Die Schritte sind als Registerkarten oben angeordnet. Gehen wir sie durch.
Nach den gewünschten Einstellungen legen Sie die Größe des Scan-Bereichs fest. Dafür gibt es Voreinstellungen oder einen Regler bis 12 × 12 × 12 Meter, sofern Ihr PC diese Datenmenge bewältigt. Auch einen sinnvollen Namen sollten Sie jetzt vergeben.
Nach Auswahl des Uplink-Modus auf dem iPad starten und stoppen Sie dort die Aufnahme. Das Tracking funktioniert bei Gegenständen und Menschen sehr gut. Räume sind schwieriger, weil Wände meist wenige verfolgbare Merkmale haben. Dazu später mehr.
Nach dem Scan benötigt die Software etwa eine Minute, um die Daten zu ordnen. Bemerkenswert: Auch nach der Fertigmeldung kann eine weitere Minute vergehen, bis das Mesh erscheint. Laut Änderungsprotokoll liegt das an der neuen CUDA-basierten Fusion. Ein Hinweis, dass noch gearbeitet wird, wäre in der Oberfläche hilfreich.
Unabhängig davon, ob Ihre GPU die Aufnahme in Very High schafft, können Sie die Rohdaten unter Reconstruct erneut verarbeiten. Das geht auch auf der CPU.
Ich empfehle bei jedem Motiv, entweder direkt mit Very High zu scannen oder entsprechend nachzurechnen, um möglichst viele Details zu erhalten. Manchmal entsteht dabei zusätzliches geometrisches Rauschen, das sich im nächsten Schritt glätten lässt. Bei Objekt- und Personenscans funktionierte die Rekonstruktion gut. Die meisten meiner Raumscans brachte sie jedoch durcheinander.
Die Registerkarte Processing bietet zahlreiche Bearbeitungsfunktionen, oft mit deutlich mehr Kontrolle als Konkurrenzprodukte. Ich bespreche nicht jede einzelne, aber die wichtigsten.
Das linke Menü ist in Kategorien gegliedert. Unter Mesh können Sie das Netz auf den Zustand direkt nach dem Scan zurücksetzen, falls Ihnen die Änderungen nicht gefallen. Watertight verbindet Glättung, Lochfüllung und Farbe praktisch mit einem Klick und liefert meist gute Ergebnisse. External Edit hilft bei der Übergabe an ein externes Programm, das PLY unterstützt.
Im Bereich Geometry reduzieren Sie über Simplify die Polygonzahl und füllen Löcher. Letzteres ist umfangreich und unterstützt auch Methoden, die kein vollständig geschlossenes Modell erzeugen. Move & Crop, unten gezeigt, bietet präzise Drehung und Zuschnitt auf Bodenhöhe. Außerdem lässt sich die Unterseite mit Text gravieren, etwa für Marken- oder Urheberhinweise.
Remove Parts entfernt isolierte Geometrie schnell anhand eines prozentualen Größenverhältnisses zum Hauptmodell. Das funktioniert überraschend flott!
Auffällig fehlt eine Aushöhlfunktion. Viele professionelle Nutzer erzeugen dünnwandige Hohlmodelle mit Auslassöffnungen, um bei vollfarbigen Sandsteindrucken mit SLS-Technik Materialkosten zu sparen.
Unter Color wird Farbe aufgetragen. Bei gewählter hoher Farbauflösung verwendet Skanect möglichst die separaten Fotos und ergänzt übrige Bereiche bei Bedarf mit niedriger aufgelösten Farbdaten.
Skanect arbeitet dabei mit Vertex-Farben. Die Farbqualität hängt somit von der Polygonzahl ab. Wie unten zu sehen, verbessert eine höhere Colorize-Auflösung die Qualität stark, erhöht aber auch die Polygon- beziehungsweise Flächenzahl ungefähr um den Faktor zehn. Sie scheint bei zwei Millionen begrenzt zu sein, was für die meisten Echtzeit-3D-Anwendungen bereits viel zu viel ist.
Prioritize First Frame ist hilfreich, weil die Objektvorderseite oder das Gesicht aus einem einzigen Bild aufgebaut wird, statt aus mehreren überblendeten Ausschnitten, die unscharf wirken können.
Unter Share befinden sich alle Speicher-, Export- und Teilen-Funktionen. Exportiert wird in PLY, OBJ, STL und VRML. Sie können native Vertex-Farben wählen oder eine UV-Textur erzeugen lassen.
Da Skanect beim Export die Geometrie reduzieren kann, sollte ein polygonarmes Modell mit hochwertiger Textur möglich sein. Leider scheint sich die Vertex-Farbauflösung von 1 mm bei der Erzeugung einer UV-Textur nicht erhalten zu lassen. Je nach Objektgröße und Einstellungen exportiert Skanect eine 2K- oder 4K-Textur, deren Inselanordnung jedoch sehr ineffizient ist:
Bei so viel ungenutzter Fläche überrascht es nicht, dass UV-texturierte Exporte schlechtere Farben zeigen als Modelle mit Vertex-Farben. Unten folgen Beispiele. Bei der Texturzuordnung bleibt für Skanect 2.0 deutliches Verbesserungspotenzial.
Sehr gut ist der direkte Export zu Sketchfab fürs Teilen und zu Shapeways für 3D-Drucke. Fast alle folgenden Beispiele wurden direkt aus der Software hochgeladen, was viel Zeit sparte. Dabei verwendet Skanect Vertex-Farben und reduziert das Modell nicht vor dem Upload. Das liefert die bestmögliche Qualität. Da die meisten Modelle zwei Millionen Polygone haben, sind sie jedoch wenig web- oder mobiltauglich und erst recht nicht VR-freundlich. Mehr Kontrolle wäre wünschenswert.
3D-Scan-Ergebnisse
Beginnen wir mit der Büste aus den Screenshots: Fusion mit Very High, Aufnahme mit High Resolution Color Uplink und Farbe mit 1 mm Auflösung.
http://sketchfab.com/models/14828370801c43c08120de15150ae61d
Zum Vergleich dasselbe Objekt ohne High Resolution Color. So hätte es in früheren Skanect-Versionen ausgesehen.
https://sketchfab.com/models/9c4f1a3054c04f6ba93f915c61f63782
Beim Heranzoomen an das Gesicht wird der deutliche Qualitätsgewinn der neuen Texturierung sichtbar. Weil viele den Vergleich möchten, folgt das itSeez3D-Ergebnis. Es entstand früher, aber mit demselben Beleuchtungsset.):
https://sketchfab.com/models/54c9254726bc4015880ff472a51d99b6
itSeez3D liefert eindeutig bessere Texturen, doch Skanect 1.9 kommt langsam recht nahe heran. Der größte Unterschied: Die itSeez3D-Büste hat nur etwa 50.000 Polygone und eine hochauflösende Textur, das Skanect-Modell dagegen 750.000 Polygone. Es enthält vielleicht etwas mehr echte Geometrie, doch die meisten zusätzlichen Polygone bilden Rauschen ab.
Die Büste ist 40 cm hoch und liegt damit ungefähr am unteren Ende des sinnvollen Größenbereichs für den Structure Sensor. Wie sieht eine menschliche Büste mit Skanect 1.9 aus?
Zuerst zeige ich den Einfluss von Feedback beziehungsweise Fidelity. Grundlage sind dieselben Scan-Daten meines Geschäftspartners Patrick. Die erste Einbettung wurde mit Medium Fidelity verarbeitet, die zweite mit Very High:
https://sketchfab.com/models/5c69457cee494b499b144d67f921a016
https://sketchfab.com/models/bd4845bee7fe4553b980b5c1716eaba0
Ein deutlicher Unterschied, besonders im Gesicht. Dafür lohnt sich eine nachträgliche Rekonstruktion oder eine schnellere Grafikkarte mit mehr Speicher. Very High benötigt mindestens 2 GB Videospeicher.
Im MatCap-Modus der letzten Einbettung sehen Sie erneut deutliches geometrisches Rauschen aus der Very-High-Fusion. Für kleine 3D-Drucke sind aber genügend Details vorhanden. Mit Textur bin ich vom Ergebnis positiv überrascht und zufrieden. Frühere Skanect-Versionen hätten das nicht geschafft.
Zur Veranschaulichung des beschriebenen Qualitätsverlusts beim Export des nativen Modells mit Vertex-Farben als reduziertes OBJ mit Texturzuordnung folgt dieses Ergebnis:
https://sketchfab.com/models/d81fd608c8b444d8b16bd0aee412eea2
Der Unterschied lässt sich schwer vollständig beziffern. Die Polygonzahl sank von zwei Millionen auf ungefähr eine Million. Gleichzeitig verschlechterte sich die Farbqualität, erkennbar etwa an Patricks Bart. Nicht dramatisch, aber bei einem auf Texturen ausgerichteten Update erwähnenswert.
Vergleich mit den anderen Apps
Zum Vergleich Patrick, zu verschiedenen Zeiten unter ähnlichen Bedingungen mit Occipitals Scanner-Beispiel-App oben und itSeez3D unten erfasst:
https://sketchfab.com/models/c2e1f831181b4f34a13745dbc5e1f14b
https://sketchfab.com/models/7bed4aa04f2d4c099fadf2e11b289eca
Skanect liefert deutlich bessere Ergebnisse als die Scanner-App. Bei den Texturen bleibt itSeez3D aber vorn, obwohl der Abstand mit Version 1.9 viel kleiner geworden ist.
Aber warum liegt Skanect noch etwas zurück?
Ich kenne nicht alle technischen Details und lasse mich gern korrigieren. Ich weiß jedoch, dass itSeez3D Texturfotos in voller Auflösung aufnimmt und sie bei entsprechender App-Einstellung auch in dieser Auflösung verwendet.
Skanect 1.9 nimmt nun ebenfalls Fotos auf, allerdings nur mit 1,2 Megapixeln, während die RGB-Kamera meines iPad mini 2 fünf Megapixel bietet. Dadurch gehen viele kleine Details verloren. Vermutlich hängt das mit der drahtlosen Echtzeitübertragung sämtlicher Daten zusammen. Schon bei der aktuellen Auflösung pausiert die Aufnahme beim Fotografieren ganz kurz. Es dürfte also ein Kompromiss zwischen Qualität und Bedienerlebnis sein.
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Skanect und itSeez3D für vollfarbigen 3D-Druck
Viele Leser möchten wissen, ob das Update auf Skanect 1.9 die Texturqualität an itSeez3Dheranführt, besonders für Scans von Menschen, aus denen kleine Figuren gedruckt werden. Offenbar erwägen viele ein entsprechendes Geschäft.
Damit dieser Test bei Skanect bleibt, habe ich für den Vergleich mit itSeez3D einen eigenen Beitrag erstellt.
[tw-button size=”large” background=”” color=”” target=”_self” link=”https://www.3dmag.com/reviews/3d-scanning-skanect-vs-itseez3d-full-color-3d-printing/”]Meinen Vergleich von Skanect und itSeez3D lesen[/tw-button]
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Räume scannen
Eine weitere häufige Frage lautet: Kann ich mit dem Structure Sensor Innenräume erfassen?
Wie fast immer beim 3D-Scannen hängt die Antwort vom Einsatzzweck ab. Für viele schnelle Messungen in einem Innenraum kann ein Sensor sehr hilfreich sein. Occipital bietet dafür sogar eine eigene App namens Canvas.
Für ästhetisch ansprechende Präsentationen, etwa von Immobilien, sind Tiefensensor-Scans noch nicht weit genug. Die Ergebnisse wirken für kommerzielle Zwecke nicht attraktiv genug. Zudem enthalten Innenräume oft eine schwierige Mischung aus Formen und Oberflächen, die vollständige Erfassung erschwert. Bis 3D-Scannen hier mit 360-Grad-Fotografie konkurrieren kann, ist es noch ein weiter Weg. Die Kombination beider Techniken von Matterport ist derzeit der einzige mir bekannte Ansatz, der die Vorteile beider Welten verbindet.
Um Raumscans mit dem Structure Sensor einzuordnen, zeige ich zunächst eine Aufnahme mit der schlanken, einfach bedienbaren und kostenlosen Room-Capture-App für iOS und Structure Sensor.
https://sketchfab.com/models/31dbaa47f711477da19e6aa3a9513c4d
Hier mein Skanect-Ergebnis mit Very High Fidelity:
https://sketchfab.com/models/72366295b9f84c748e60a19fb59b03e6
Die Tür hinten und andere Bereiche sehen dank besserer Texturen deutlich besser aus. Hier und da gibt es vielleicht mehr Geometrie. Insgesamt wirkt das Studio aber noch immer, als wäre eine Bombe eingeschlagen. Außer Messungen fällt mir dafür kein professioneller Einsatzzweck ein.
Abgesehen von der Qualität war das Scannen mit Skanect wesentlich aufwendiger, weil die Anwendung nach der Aufnahme beim Schritt „synchronizing frames“ ständig abstürzte und alle Daten verlor. Das passierte auch bei Medium Feedback Quality, allerdings nur bei großen Scans wie diesem Raum, nicht bei Gegenständen oder Personen.
Fazit
Skanect 1.9 verbessert vieles, besonders Texturqualität und Unterstützung aktueller Nvidia-Grafikkarten. Bei Texturen bleibt es aber hinter itSeez3D zurück. Für die vollständige Nutzung des schnelleren Ablaufs kann zusätzliche Hardware nötig sein.
Obwohl Skanect jetzt Fotos während des Scannens aufnimmt, haben sie nicht die volle Kameraauflösung. Für kleine vollfarbige 3D-Drucke eignen sich die Farben von Version 1.9 besser als zuvor. Für Bildschirmdarstellungen erreichen sie jedoch noch nicht das Niveau der Konkurrenz. Durch die native Vertex-Farbtechnik und ineffiziente UV-Zuordnung lässt sich kein polygonarmes Modell mit hochauflösender Textur exportieren.
Skanect ist vielseitiger als reine iPad-Apps. Sie können einen Bereich bis 12 × 12 Meter einstellen und so viel erfassen, wie der PC bewältigt. Leider stürzte die Software auf meinem brandneuen Rechner mit 32 GB RAM, Nvidia GTX 1070 mit 8 GB Videospeicher und aktuellen Treibern beim Scannen unseres kleinen Studios häufig ab. Die Abstürze bei der Nachverarbeitung vernichteten sämtliche Daten. Bei Gegenständen und Menschen lief sie glücklicherweise vollständig stabil.
Für 129 US-Dollar ist Skanect sehr erschwinglich. Dafür erhalten Sie einen vollständigen Ablauf von der Aufnahme bis zum Export. Die umfangreichen Bearbeitungsfunktionen arbeiten auch bei großen Meshes gut und schnell. Weil die Polygonzahl bei zwei Millionen begrenzt ist, kann ich meine Hardware allerdings nicht vollständig ausreizen.
Wenn Sie einen Structure Sensor oder iSense haben und über Skanect nachdenken, probieren Sie zunächst die kostenlose Version und prüfen die Leistung auf Ihrem System. Intern bietet sie alle Funktionen; lediglich Exporte sind auf 5.000 Polygone beschränkt.
Ich freue mich auf Version 2.0, weiß aber nicht, ob sie für Nutzer von 1.x kostenlos sein wird.
Dieser Beitrag wurde nach Veröffentlichung überarbeitet. Der Vergleich mit itSeez3D wurde in einen eigenen Beitrag verschoben, damit er erweitert werden kann und dieser Test auf Skanect 1.9 konzentriert bleibt.
