航拍三维建模软件大比拼:不光有smart3D

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  • 发布时间:2019年11月03日
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7款航测软件

当我们谈及「无人机软件」时,相信有不少的朋友会在第一时间将其等价于「无人机飞控」,即通过软件控制无人机的飞行,当然这么想也无可厚非,实际上现在主流的无人机软件都包括了基本的飞控功能,如对无人机航线、动作进行规划,让无人机完成自动飞行、自动拍摄。而今天钟德夫想介绍的,则是在基础的飞控功能上,还能对采集到的数据进行相关处理的软件(工作流)。

无人机数据处理是一个很大的范畴,但考虑到篇幅的问题,这里将主题细分至无人机航测软件。无人机航测软件,狭义上就是基于航空测绘地图、建模的软件,功能上主要包括航测数据获取、处理和分析。

Pix4D

2011 年从 EPFL(瑞士洛桑联邦理工学院)计算机视觉实验室起家,凭借着坚实的技术将业务拓展到法国、美国和中国,并分别成立办事处。

  

  上图展示的是 Pix4D 的工作流,所以这里介绍的 Pix4D,其实是一整套 Pix4D 系列的软件,包括了 Pix4Dcapture 移动端、Pix4D Desktop 桌面和 Pix4D Cloud 云端。完整的流程下来,Pix4D 可以对无人机所拍摄的图像作体积计算、等高线、三维点云、数字表面模型、正射影响镶嵌图、三维纹理模型等处理。

  

  Pix4Dcapture:可免费下载使用,功能上跟绝大多数航线规划软件相似。连接上无人机,选定区域(可设定不规则的形状)和设置航测高度后,便可让无人机自动执行任务。

Pix4D Desktop:Pix4D 重要的收入来源,可免费下载,但软件会设定试用期限。桌面端软件可以对从 Pix4Dcapture 获取到的数据进行(离线)处理。官方默认提供 Windows 的安装包,对于 macOS 的用户来说,也可以参考这个链接 https://pix4d.com.cn/cloud/index.php/s/Z9Dkv76nr99LKM3 下载 beta 版本。

Pix4D Cloud:捆绑着 Pix4D Desktop 一起销售。作用在于,一是用于让获取到的数据放在云端处理(免去对本地电脑性能不足的担忧),二是方便存储和展示拍摄数据、输出结果。

除了对软件工具的提供,Pix4D 还配备了技术支持、社区问答等售后服务,整体来说,这是一套典型的国外商业软件服务。价钱方面,官网提供的 Pix4Dmapper 专业版年租价为 3500 美元(约合人民币 23082.5 元),至于国内代理价和淘宝「特供价」,这里就不多叙述了。

Altizure

是香港科技大学孵化企业深圳珠科创新技术有限公司(Everest Technology Company Co. Ltd.)的主线产品,核心团队成员均由港科大教授、博士及硕士组成。

Altizure 是一个可以将无人机航拍照片转换成三维实景模型的平台。从最终输出的三维效果来看,Altizure 就一直深得众多无人机爱好者和专业用户口碑上的好评。

跟 Pix4D 一样,Altizure 也把数据获取和处理分流到不同产品上运行:

  

  Altizure app:也就是 Altizure 的移动客户端。功能上主要也是用于无人机数据采集的路线规划,同时 Altizure 也允许用户通过客户端上传不超过 1000 张的图片至服务器进行建模。

Altizure web:Altizure 允许你通过网页端单次上传不超过 1000 张的图片(超过 1000 张浏览器可能会崩溃)至服务器,上传完成后,服务器便会自动对这些图片进行建模处理,。

Altizure Desktop:用于离线展示,同步 remote 数据后,便可以在桌面端查看、测量和标注自己项目的建模结果(比如浏览测量结果)。

  

  在网页端新建一个项目时,Altizure 会提示免费项目用户有 3GP(3 gigapixels)的免费额度,这代表着,免费项目能上传的照片总像素要低于 30 亿像素,按每张张片分辨率 4000 x 3000(1200 万像素)来计算,就意味着最多可以上传 250 张 1200 万像素的照片。不过按照 Altizure 的运营策略,如果你上传的建模项目入选了编辑精选,你的免费额度便会相应的提高。而对于专业用户来说(比如有下载模型结果需求),则可根据自己的项目的大小购买的相应的 Alticoin。

Skycatch

一家无人机数据采集公司,位于旧金山,在其 B 轮融资中,融资规模达 2200 万美元。

早期的 Skycatch 的工作是在高空中采集高清的图像和视频信息,客户只要到 Skycatch 的软件平台上指定自己需要采集的数据,Skycatch 就可以自主规划如何完成任务并将数据传回给用户——他们的业务主要集中在建造业、矿业、太阳能行业以及农业,在矿业,采矿公司可以实时的追踪他们挖到的矿产数量,并对原矿石进行质量评估,及其对其他方面的数据进行实时分析。

  

  后来他们也推出了自己的航测软件套装,供无人机用户使用:

Skycatch app:手机客户端的用途是连接无人机,所以 Skycatch app 也跟上面两款一样,负责航线规划和数据采集的部分。

Skycatch dashboard:同样是把采集回来的数据,移至网页端进行操作。

  

  其实在软件上,Skycatch 跟上述两款软件并没有形成太大的差异化,不过其 B 轮显眼的融资金额还是能给无人机从业者一个新思路:无人机要赚钱,不一定只靠卖硬件。

DroneDeploy

一家致力于为无人机提供软件解决方案的创业公司,位于旧金山,在其 B 轮融资中,融资规模达 2000 万美元。

  

  DroneDeploy 和 Skycatch 一直是无人机软件界的「融资标杆」,B 轮 2000 万美元级别的融资金额让行内外人士都重新审视无人机软件背后的商业价值。在产品数据方面,DroneDeploy 用户分散在超过 150 个国家并已经测绘超过 1000 万英亩的土地。

DroneDeploy app:用户可以在 Google Play 或美区 App Store 下载 DroneDeploy 的客户端版本,进行航线规划、浏览已经建好的交互式地图或 3D 模型。

DroneDeploy web:有 30 天免费试用期,可供用户上传航拍照片进行处理,除了可以各种测绘模型,还可以选择 NDVI、VARI 等算法查看图像中农作物的健康状况。

App Market:这是 DroneDeploy 的「核竞」所在,也是让它区别于其他航测软件的重要功能。用户可以根据自己的场景和专业领域在 App Market 里下载使用相应的软件(云服务),并在 DroneDeploy 上运行,比如用 WhiteClouds 对无人机地图进行 3D 打印、用 EZRoof 检查房屋屋顶或用 AgriSens 对农作物进行分析。

  

  对比前三款航测软件,DroneDeploy 更接近于一个云服务平台,航测只是它其中一项云服务。为了搭建这个平台,DroneDeploy 也专门提供 API,供第三方开发者、服务商接入到平台上,分发免费或收费的软件。不过 DroneDeploy 在中国的本土化问题也挺让人头疼,一是网络接入的速度较为缓慢,二是在地图信息上还比较老旧。

Datumate

以色列 Datumate 公司推出的测绘软件,并于 2016 年与大疆合作推出无人机测绘套装

Datumate 专业测绘套装是全面而专业的影像处理和制图工具,其测绘级的精度,让它适用于基础测绘、建筑、基础设施和工程巡检等领域,可以用于地形图,工程竣工,库存体积,道路,桥梁与铁塔、建筑外立面等方面的测绘。

  

  DatuFly:测绘套装里负责航线规划和自动飞行软件,获取测绘区域的航拍图像。

DatuSurvey:桌面端软件,也是对航拍图像作建模、点云、量测、制线等处理的工具。

DatuSite:通过空中和地面图像生成 3D 点云,建立三维模型,生成地图,计算容积并生成报告。可快速且准确的监控施工场地,分析竣工场地并检验基础设施和公用事业。

  

  Datumate 套装(这里指 DatuSurvey 的专业版)的亮点在于其高精度,用户可以直接在输出结果上绘制线划图,并且其输出的 DXF 格式文件可以导入到各种 CAD 软件中,可谓建筑、工程类专业人士的好助手啊。

Site Scan

大疆昔日对手 3D Robotics 的转型之作,主打企业服务市场。

  

  企业用户可以在工作场地使用这个系统进行自动化任务执行和处理,通过这套系统处理的数据将被存储在 3DR 的云端上,随后便会将数据发送给 Autodesk 云进行数据分析。值得一提的是,Site Scan 也支持大疆的精灵 4 Pro。

Mesh

一款主打协同工作流的无人机软件

通过移动终端和无人机的多种通讯模块,Mesh 可联动空中及地面的设备,实现实时协同操作、共享图传、实时同步数据分析等多平台实时协作。Mesh 内置各个行业的智能任务包(Mission Package),可用于航测领域的 2D/3D 建模、电力行业的电网巡检、建筑行业的工程监管等等不同场景和需求。

  

  Mesh app:通过手机或平板电脑连接无人机,根据需求选取 Mesh 内置智能任务包后起飞,并根据预设的航线规划自动采集数据。

Mesh Desktop:配套的桌面端软件可方便管理和处理数据。

  

  除了提供自动飞行采集的模式,Mesh 还可以通过共享航拍影像、多人分工操控无人机的方式来完成一些特定航拍数据的采集或实时分析。当然,这也对网络稳定性和传输速度的要求也不低。

小结

相信看到这里大家也会发现,目前主流的无人机航测软件通常包括基于手机、平板客户端开发的数据采集部分和基于 web 端和桌面端开发的图像处理部分。而在数据采集部分,核心功能依然是航线规划,已成为无人机航测软件的标配,除上述软件以外,我们还能找到类似 DJI GS Pro、Litchi、Autopilot 等飞控软件完成数据采集。真正令航测软件形成差异化的是在数据处理的部分,优秀的处理算法会输出优秀的测绘建模效果,而以上 7 款软件算是无人机航测方面的佼佼者,大家有条件的不妨都试试,对比一下输出效果。

如果大家有更好的推荐,不妨到文章下方留言评论噢。另外,自家团队有开发相关的产品也可以在评论区里留言。


3款建模软件

再为大家推荐 3 款专门用于建模的软件。

  

  ContextCapture

原名 Smart3D,是摄影测量软件开发商 Acute3D 的主打产品,后来 Acute3D 被 Bentley 公司收购,更名为 ContextCapture。

ContextCapture(原 Smart3D)的建模效果在业内的口碑一直都很不错,号称是法国两家最顶级的研究机构 25 年的研究成果,技术水平为业界标杆。互联网巨头公司腾讯也曾与 Acute3D 合作过,利用航拍和街景拍摄技术,展开针对多个超大城市的大规模三维城市建模。其实现原理跟传统的像方匹配或物方匹配不同,ContextCapture 是直接基于物方 mesh 进行全局优化,示意图如下:

  

  在软件使用层面,ContextCapture 具有一定的复杂性和专业性,包括主从模式、Job Queue、控制点编辑、Tiling 操作、水面约束等都知识点需要一定时间的学习才能灵活使用。

  

  而为了确保建模的输出效果,ContextCapture 会建议你对静态建模主体进行不同的角度拍摄,并将拍摄得到的照片作为输入数据源。这些照片的最好附带着辅助数据(一般无人机默认拍摄设置都会保留),包括传感器属性(焦距、传感器尺寸、主点、镜头失真),照片的位置参数(GPS),照片姿态参数(INS),控制点等等。这样才能输出真正高分辨率的带有真实纹理的三角网格模型,这个三角格网模型能够准确精细地复原出建模主体的真实色泽、几何形态及细节构成。

  

  Photoscan

Photoscan 是俄罗斯软件公司 AgiSoft 开发的一套基于影像自动生成三维模型的软件。

Photoscan 专业版正版价格高达 3499 美元,但由于国情原因,网络上也出现过破解版。除了用于三维建模,也有不少用户将它用在全景照片的拼接中,该软件良好的融合算法确实可以适当弥补图像重叠部分匹配准确度的不足。

  

  在使用上,Photoscan 提供着一套近乎傻瓜式的操作流程:安装好软件并导入照片,软件会自行对齐照片,找出拍摄角度和距离,全部完成后将建立密集云,计算每一点之间的关系,将每一个识别出来的点列入密集计算中;其后生成网格,有了各个点间的矢量函数关系,再按照实际情况连接起来,构建成为点线面的 3D 模型,此时已建立出一组平面影像的 3D 外形;最后生成纹理,软件根据建立密集云时的数据,将平面影像分配给 3D 模型,此时的模型拥有内部结构和外部图像,已经形成了初步的 3D 模型。

  

  如果把建模软件类比美图类 app,ContentCapture 对应的是 Photoshop,而 Photoscan 则更像是美图秀秀,从软件功能和界面上,Photoscan 确实轻量不少,所以在建模效果方面,Photoscan 的口碑也就参差不齐了

OpenDroneMap

OpenDroneMap 是一个开源的航拍图像处理工具,可以把航拍图像进行点云、正射影像和高程模型等转换处理。

OpenDroneMap 最大的特点是开源和免费。开源就意味着开发者可以将 OpenDroneMap 部署到自己的电脑或者服务器上,来提供建模处理的服务。

  

  如果只是部署 OpenDroneMap 开源库,那你会得到的是命令行的操作界面,每次操作都需要输入特定的命令行指令。不过 OpenDroneMap 也有提供 WebODM,全称为 Web OpenDroneMap,顾名思义,它就是 OpenDroneMap 的 Web 界面版本,相比于 OpenDroneMap 的命令行界面,同样的图像处理功能,WebODM 搭载在让人感到亲切的 UI 操作界面,用户体验更好了。另外,WebODM 处理后能生成多种结果,包括点云、GeoTIFF 等,可在 Web 界面做长度、面积等的测试或展示,更有利于 GIS 分析研究。

  

  当你部署安装好 WebODM 后,接下来的操作就简单多了:创建项目 — 上传图片 — 等待处理 — 下载输出结果。

  

  小结

今天推荐的这三款软件,连同推荐的 7 款软件,它们的出现无疑造福了大量的三维爱好者,使得三维重建的门槛大大降低,让非专业人士都可以成为三维模型的作者。不过因为这涉及到复杂的图像建模算法,而每个软件公司或团队的开发实力不尽相同,这将直接导致不同的软件在最后的图像建模输出效果上也会有所差异,有条件的朋友不妨都试试这 10 款软件。

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