Structure from Motion – Kommerzielle Software – Agisofts Photoscan

Texturiertes Modell © MARCEL HAGNER 2014

Die Vorteile, die SfM (Structure from Motion) in der Archäologie bietet, sind seit längerem bekannt. Deshalb ist es auch nicht verwunderlich, dass immer mehr Befundsituationen und Funde mit der Fotokamera gezielt zur Weiterverwendung für SfM aufgenommen werden und somit günstig dreidimensional dokumentiert werden können.

In diesem Blogeintrag möchte ich mich nicht mit den Grundlagen von SfM sondern vielmehr mit der Thematik einer kommerziellen SfM-Software am Beispiel von Agisofts Photoscan beschäftigen und deren Vor- und Nachteile kurz und kompakt darbieten.

Kommerzielle Software – Agisofts Photoscan

Obwohl hinter Agisofts-Photoscan eine  kommerzielle SfM-Software steckt, so kann diese doch von jedem im Rahmen einer Demo-Version getestet werden. Über eine kurze Registrierung ist es möglich, eine 30-Tage-Vollversions von Photoscan Professional zu erhalten. Die Frage, ob sich diese kostenpflichtige Software nun überhaupt rentiert, soll im Folgenden dargelegt werden. Zunächst die Pro und Contra Punkte:

Pro

  • Das Programm ist mit seiner grafisch ansprechenden Benutzeroberfläche sehr einfach und dabei ohne zusätzliche Add-ons vollständig funktionsbereit.
  • Es ist mit einem geeigneten Rechner möglich, ein sehr hochauflösendes und ansprechendes Modell zu erschaffen.
  • Die Vollversion kann georeferenzierte Modelle erstellen. Außerdem kann sie eine große Anzahl an verschiedenen Zwischenschritten in verschiedenen Formaten abspeichern.
  • Es existieren für jeden Workflowschritt viele verschiedene Optionsmöglichkeiten, die für die Modelloptimierung angepasst werden können.
  • Die Kamerakalibrierung kann mit Agisoft Lens kostenlos und einfach vorgenommen werden.

Contra

  • Komplexere Berechnungen können NICHT mit einem „Standardrechner“ durchgeführt werden. (Mind. 8GB-RAM, eher >20GB)
  • Hohe Anschaffungskosten (bis zu 3000€)
  • Optionsmöglichkeiten sind meist nicht selbsterklärend
  • Teilweise lange Wartezeit auf Rechenergebnis

Workflow

Benutzeroberfläche Agisoft Photoscan © MARCEL HAGNER 2014
  • Fotos in Photoscan über Workflow Add Photos / oder Add Folder einfügen.
  • Align Photos: Die eingefügten Bilder werden auf Passpunkte hin untersucht.
  • Build Dense Cloud: Eine Punktwolke wird berechnet.
  • Build Mesh: Ein Gitter wird mithilfe der Punktwolke berechnet
  • Build Texture: Die Fototexturen werden über das erstellte Gitter gelegt.

Erfahrungsbericht

Bei dem Vergleich mit der Open-Source Lösung VisualSFM zeigt sich, dass Photoscan deutlich mehr Punkte für die Punktwolke „erkennen“ kann (Beispiel Schlosshof Hohentübingen mit 20 000 000 Punkten). Somit war es auch möglich, deutlich detaillierte weitere Ergebnisse (Gitter und Texturen) berechnen zu können und komplexere Objekte überhaupt erst modellieren zu können.

Von Agisoft Photoscan errechnete Punktwolke © MARCEL HAGNER 2014

Obwohl ich wenig Erfahrung mit SfM hatte, so war es mir schnell mit Photoscan möglich, mit ein wenig Ausprobieren und einem einigermaßen leistungsfähigen Rechner, ein ansprechendes Ergebnis zu erzielen. Die meiste Zeit verbrachte ich wartend auf das Ergebnis.

Texturiertes Modell © MARCEL HAGNER 2014

Warum überhaupt SFM?

Bis vor kurzem war es üblich, archäologische Fundkomplexe u. a. mit einem 3D-Laserscanner zu scannen und ein Modell aus den Daten zu kreieren. Der deutlich teurere und vor Ort arbeitsintensivere 3D-Laserscanner hat natürlich aufgrund seiner hohen Detailgenauigkeit und seiner sofortigen Speicherung von Raumdaten ebenfalls Vorteile, gerade wenn eine hochauflösende Befunddokumentation für sinnvoll erachtet wird. Aus meiner Erfahrung zeigt sich aber, dass eine hochauflösende Dokumentation keinen großen Informationsgewinn bei den meisten Befundlagen erzielen würde. Vielmehr finde ich es von Vorteil, wenn zum besseren Verständnis von Totalstationsmessdaten und den daraus erstellen Plänen, eine „begehbare“ Grabung mittels SfM dokumentiert werden kann. Vor allem zur Grabungsauswertung könnten diese Modelle in Zukunft herangezogen werden, um Beschreibungen und  Interpretationen für Nicht-Grabungsteilnehmer, d. h. sowohl Auswerter/innen als auch Interessierte, noch übersichtlicher zu gestalten.

Das große Problem, dass selten ein geeigneter Rechner oder die dazu gehörige Software für die Grabung selbst und für die spätere Nachbereitung zur Verfügung steht, sollte meiner Meinung nach kein Hindernis für die Erstellung der Fotos sein. Da mit Sicherheit in den nächsten Jahren die Rechenleistung noch weiter steigen und der Preis für Hardware und Software fallen wird, so wird es in Zukunft für mehr Leute möglich sein, SfM in hoher Qualität durchzuführen. Da in der Archäologie viele Grabungen oft nicht zeitnah aufgearbeitet werden können, so bietet es sich gerade dann an, die Fotoaufnahmen für SfM zu machen, um später mit besserer Leistung aus diesen ein Modell berechnen zu können.

Deshalb möchte ich jedem Archäologen raten, sich ein wenig mit Open-Source-SfM zu beschäftigen, diese Form der digitalen Dokumentation auch ohne vorhandenem High-End Rechner und Programme wie Photoscan bei interessanten Befunden durchzuführen, in dem Wissen, dass die erstellten Fotos möglicherweise später einen zusätzlichen Informationsgewinn bei niedrigem Arbeitsaufwand erreichen können.

Weitere Beiträge zum Thema:

Structure from Motion

Structure from Motion (auch 3D-Fotogrammetrie) ist eine Methode zur Erstellung hochauflösender 3D-Modelle auf Grundlage einer Serie einfacher Einzelbilder.

Die verhältnismäßig junge Technik kommt bereits auf einigen Grabungen zur Befund- und Funddokumentation zum Einsatz. Sie ist wesentlich einfacher und billiger in der Anwendung als vergleichbare Techniken (z.B. Laserscanning) und liefert zudem bereits vollständig texturierte Modelle.

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