Ich bekomme viele Fragen zum Verhältnis zwischen Rechengeschwindigkeit und Qualität bei Photogrammetrie-Lösungen. Nachdem ich nun meinen vierten Test eines Desktop-Programms abgeschlossen habe, ist es Zeit für eine neue Reihe: Darin vergleiche ich verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Bildsätzen und Zielsetzungen.
Den Anfang macht ein Test, der vor allem bei der Entscheidung zwischen hardwarebasiertem 3D-Scanning und Photogrammetrie wichtig ist. Häufig gibt dabei die Verarbeitungszeit den Ausschlag. Man sollte wissen, dass alle 3D-Scan-Verfahren Zeit zur Datenverarbeitung benötigen. Bei Hardware-Scannern hängt diese stark von der Genauigkeit des Scanners ab. Deshalb habe ich mich an einem Mittelwert zwischen den Verarbeitungszeiten von Tiefensensor-Software wie Skanect und professionellen Lösungen wie EinScan und Artec Studio orientiert.
Für alltägliche Projekte, bei denen Tempo wichtiger ist als maximale Qualität, empfinde ich etwa 15–20 Minuten als „schnell“. Bei meinen 3D-Renderings für Animationen oder visuelle Effekte nenne ich das Kaffeepausen-Rendering. Es ist das genaue Gegenteil einer Berechnung über Nacht und realistisch genug für knappe Fristen und kleine Budgets.
Da meiner Meinung nach jede Geschichte einen Autovergleich verträgt, heißt dieses Experiment Photogrammetrie-Software im Beschleunigungsrennen – kurz, schnell und nicht besonders fein. Hier geht es nicht darum, atemberaubend schöne 3D-Modelle zu erstellen, sondern um Effizienz und Produktivität.
Die Software
Bevor ich die Ergebnisse vorstelle, folgen einige Informationen zu den vier verwendeten Programmen – unseren Rennteilnehmern, wenn Sie so wollen:
*ReMake ist kein eigenständiges Produkt mehr und nun eine ausschließlich cloudbasierte Funktion von ReCap Pro.
**Bis zum 30. April 2018 zum Sonderpreis von $2800 erhältlich.
Testsystem
Mein Rechner ist schlicht ein aufgerüsteter Gaming-PC, der auch für VR geeignet ist. Eine professionelle Workstation ist er nicht.
- Alienware Aurora
- Intel-i5-6400-Prozessor
- 32 GB Corsair Vengeance LPX DDR4-RAM
- 1 TB Samsung 960 EVO Series SSD (PCIe NVMe M.2)
- Nvidia-GeForce-GTX-1070-Grafikkarte
Fotosatz für den Test
Auch hier gibt es nichts Besonderes, und der Bildsatz ist recht klein. Von dieser 40 cm hohen Steinbüste habe ich im Freien lediglich 57 Fotos mit meiner 21-Megapixel-Kamera Sony RX100 II auf einem Manfrotto-Action-Stativ aufgenommen: zwei Umläufe mit schräg nach oben beziehungsweise unten gerichteter Kamera und einige zusätzliche Bilder.
Manueller Fokus, niedriger ISO-Wert, kleine Blendenöffnung und gesperrte Belichtungsautomatik.
Mit anderen Worten: Das kann jeder nachmachen. Die Ergebnisse hängen allerdings immer vom Motiv ab. Diese Büste ist ein vergleichsweise einfaches Objekt, weil sie undurchsichtig und matt ist und viele Oberflächendetails besitzt.
Ergebnisse des Rennens unter 20 Minuten
Das Testverfahren war sehr einfach: Für jedes Programm suchte ich eine Einstellung, die auf meinem ansonsten unbeschäftigten System in weniger als 20 Minuten ein Ergebnis liefert.
Bei den Texturen schnitten alle Programme gut ab. Sie konnten sauber zugeordnete Texturen mit 4K und mehr erzeugen. Texturierte Modelle finden Sie in den einzelnen Testberichten, die über die Schaltflächen in der Tabelle oben verlinkt sind.
Ich konzentriere mich deshalb auf die geometrische Qualität der Ergebnisse. Alle Modelle unten werden im kürzlich aktualisierten MatCap-Modus von Sketchfab angezeigt.
Den Buchdeckel habe ich bewusst nicht weggeschnitten. Das Buch dient mir sowohl zur Registrierung als auch dazu, zu prüfen, wie gut die Photogrammetrie-Algorithmen eine völlig ebene Fläche erkennen und wiedergeben.
Hier sind die Ergebnisse, vom schnellsten zum langsamsten:
4 Minuten – RealityCapture (Voreinstellung „Preview“)
https://sketchfab.com/models/a28eacd40fb4477993d1a14035277181
Ja, vier Minuten – völlig verrückt! Das Modell ist zwar nicht besonders detailliert, ähnelt aber stark dem Ergebnis eines Scans mit einem Tiefensensor wie dem 3D Systems Sense 2. Soweit ich verstehe, nutzt die Preview-Voreinstellung von RealityCapture keine aufwendige Tiefenkartenberechnung, sondern legt die Polygone direkt um eine dünn besetzte Punktwolke. Dadurch entsteht etwas verrauschte Geometrie, die sich aber mit einem Glättungsalgorithmus korrigieren lässt. Leider besitzt RC keine Werkzeuge zur Netzbearbeitung, sodass die Glättung extern erfolgen muss. Aktualisierung 2018: RC bietet inzwischen Netzbearbeitung und neue Auswahlfunktionen. Lesen Sie dazu meine ausführliche Aktualisierung des Tests.
Die Buchoberfläche sieht schön eben aus, die Kanten dagegen keineswegs. Auch der Übergang zwischen Büste und Buch ist nicht scharf. Den obersten Teil des Kopfes konnte RC nicht rekonstruieren; stattdessen wurde das Loch automatisch geschlossen. Über das Zahnradsymbol im eingebetteten Sketchfab-Viewer können Sie die Drahtgitteransicht aktivieren und die großen Polygone oben erkennen.
Ich halte Polygonzahlen nicht für einen besonders guten Qualitätsmaßstab, aber zum Vergleich: Dieses Modell hat 212.000 Polygone.
13 Minuten – Zephyr (Voreinstellung „Fast“)
https://sketchfab.com/models/45a1050ce2c44bdb87d5541680e3423b
Die einzige Zephyr-Voreinstellung, die das Modell innerhalb von 20 Minuten berechnen konnte, war „Fast“. Meines Wissens überspringt sie wie RealityCaptures Preview-Modus die Tiefenkartenberechnung. Zephyr brauchte dreimal so lange wie RealityCapture, doch das Ergebnis ist deutlich welliger. An der Büste fällt das kaum auf, am Buch dagegen umso mehr: Es gleicht eher einer Meeresoberfläche. In den anderen Modi passiert das nicht, sie benötigen aber deutlich mehr als 20 Minuten.
Positiv ist, dass Zephyr Werkzeuge zur Netzbearbeitung wie die Glättung mitbringt. Diese habe ich in meiner kürzlich veröffentlichten Anleitung zur Erstellung von 3D-Modellen aus 4K-Videos behandelt.
Die Polygonzahl beträgt 245.000, wobei darin ein kleines, losgelöstes Geometriestück oberhalb des Kopfes enthalten ist. Im Kopf selbst bleibt oben ein kleines Loch. Es ließe sich in der Software schließen, doch für diesen Test habe ich bewusst auf jede Nachbearbeitung verzichtet.
15½ Minuten – PhotoScan (Voreinstellung „Medium“)
https://sketchfab.com/models/f3391f8e2c10414f8b649496a3acd975
PhotoScans Medium-Voreinstellung benötigte nur zweieinhalb Minuten mehr als Zephyrs Fast-Modus, liefert aber deutlich mehr Details. Mit 578.000 Polygonen ist die Polygonzahl etwa doppelt so hoch, und das sieht man. Die Augen sind wesentlich klarer ausgearbeitet, die beschädigte Stelle an der Seite wirkt schärfer. Auch die Risse im Gesicht sind ansatzweise erkennbar, wenn auch nur dezent.
Das Buch sieht gut aus, und der Übergang zwischen Buchdeckel und Büste ist klarer als bei den bisherigen Beispielen. Die Oberseite des Kopfes ist etwas seltsam geraten: Oben sitzt eine Art Klumpen, trotzdem bleiben ein kleines Loch und einige schwebende Fragmente.
15½ Minuten – RealityCapture (Voreinstellung „Normal“)
https://sketchfab.com/models/ce0acb22a46647a1a4d7b47da12f846e
RealityCapture tritt in diesem Beitrag zum zweiten Mal an, diesmal mit der Normal-Voreinstellung. Die Berechnung dauerte exakt so lange wie PhotoScan im Medium-Modus, das Ergebnis ist jedoch deutlich detaillierter. Die 6,4 Millionen (!) Polygone sind für den tatsächlichen Detailgrad vermutlich übertrieben, dennoch ist dies klar das beste Ergebnis des Tests. Im Gesicht sind viele scharfe Details der Risse und der Zementstruktur zu erkennen.
Auch das Buch ist sehr gut gelungen, obwohl der Algorithmus einige dunkle Bereiche des Druckbilds, etwa das Bein des Mädchens, in geometrische Vertiefungen verwandelt hat. Der Buchdeckel ist in Wirklichkeit sehr glatt und matt, während die Figuren einen leicht glänzenden Überzug besitzen. Das könnte den Algorithmus verwirrt haben.
17 Minuten – ReMake (Voreinstellung „Standard“, lokal***)
***Dieses Ergebnis bleibt ausschließlich zum Qualitätsvergleich enthalten, da ReMake inzwischen ReCap Photo heißt und keine lokale Verarbeitung mehr bietet.
https://sketchfab.com/models/efb1e574a6d24d75aa6c71ee6441970f
Dieser Bildsatz ließe sich über Autodesks Cloud-Dienst verarbeiten, sogar mit der kostenlosen ReMake-Version, wenn man geschickt 7 Bilder aussortiert und so die Grenze von 50 Fotos einhält. Das habe ich ausprobiert. Zwischen Hochladen und Herunterladen ist die Wartezeit in der Warteschlange jedoch eine zu große Variable für einen wissenschaftlichen Vergleich. Deshalb berücksichtige ich hier nur das lokal berechnete Ergebnis.
Die Standard-Voreinstellung in ReMake besitzt keine Zusatzoptionen wie die Ultra-Variante und ist wesentlich schneller. Obwohl sie mit nur 113.000 Polygonen die niedrigste Polygonzahl aller Beispiele auf dieser Seite hat, zeigt sie deutlich mehr Details als die ersten beiden Ergebnisse. Die Wangen sind weniger detailliert als bei PhotoScan, die Augen dafür klarer. Insgesamt wirkt die Steinstruktur etwas zu stark geglättet, dennoch ist das Ergebnis gut.
ReMake war das einzige Programm, das die Kopfoberseite korrekt rekonstruierte: ohne Loch, grobe polygonale Lochfüllung oder klumpige Oberflächen. Es gibt auch keine schwebenden Partikel, und das Modell ist insgesamt sehr sauber.
Fazit und ein sehr wichtiger Hinweis
Dieser Beitrag zeigt lediglich ein Beispiel anhand eines einzigen Bildsatzes von einem einzigen Objekt. Er ist damit zu null Prozent wissenschaftlich. RealityCapture mag dieses Rennen bei der Geschwindigkeit mit der Fast-Voreinstellung und bei der Qualität im Normal-Modus gewonnen haben, doch ein organisches Objekt wie dieses kommt seinen Algorithmen sehr entgegen. In meinem vollständigen RC-Test sehen Sie, dass das Programm mit nichtorganischen Objekten nicht immer gut zurechtkommt.
Genau deshalb bildet dieser Beitrag den Auftakt einer neuen Reihe. Ich werde weitere Testergebnisse mit anderen Bildsätzen und Zielsetzungen veröffentlichen. Sicher wird es auch einen Vergleich dazu geben, welche Software die größtmögliche Detailfülle aus Fotos herausholt. Die dafür nötigen Einstellungen können auf meinem System aber leicht eine ganze Nacht Rechenzeit beanspruchen. Haben Sie also bitte etwas Geduld.
Vielen Dank fürs Lesen! Vorschläge für weitere Testziele und künftige Vergleiche können Sie gern unten in den Kommentaren hinterlassen.
Wenn dieser Test auch für Ihre Freunde und Follower nützlich sein könnte, freue ich mich, wenn Sie ihn in Ihrem bevorzugten sozialen Netzwerk teilen!
Wenn Sie individuelle Beratung zu Photogrammetrie oder anderen 3D-Erfassungsverfahren benötigen oder sich zwischen ihnen nicht entscheiden können, werfen Sie gern einen Blick auf mein Beratungsangebot.
Wenn Sie sofort erfahren möchten, wann der nächste Teil dieser Reihe erscheint, folgen Sie mir außerdem in einem der unten aufgeführten sozialen Netzwerke.
Ausführliche Tests von Photogrammetrie-Software
Autodesk ReMake im Test
Agisoft PhotoScan im Test
RealityCapture im Test
