3D Mapping with Agisoft Metashape: The Complete Guide to Professional Photogrammetry
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3D-Kartierung mit Agisoft Metashape: Der komplette Leitfaden für professionelle Photogrammetrie

Veröffentlicht am von admin

Die Photogrammetrie hat sich zu einer unverzichtbaren Technologie für die Erstellung detaillierter 3D-Modelle von realen Umgebungen und Objekten entwickelt. Ob für Vermessung, Archäologie, Ingenieurwesen oder visuelle Effekte, die Umwandlung von Fotos in genaue 3D-Daten war noch nie so einfach. In diesem umfassenden Handbuch erfahren Sie, wie Sie mit Agisoft Metashape hochwertige 3D-Rekonstruktionen, Orthophotos und digitale Höhenmodelle (DEMs) aus Ihren Bildern in einem effizienten und professionellen Arbeitsablauf erstellen können.

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Photogrammetrie?

Photogrammetrie ist die Wissenschaft und Technologie zur Gewinnung zuverlässiger 3D-Informationen über physische Objekte und die Umgebung durch Aufzeichnung, Messung und Interpretation fotografischer Bilder. Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass 2D-Fotos in 3D-Modelle umgewandelt werden.

Es analysiert mehrere sich überlappende Bilder einer Szene, identifiziert gemeinsame Punkte zwischen ihnen und berechnet die räumlichen Beziehungen mithilfe von Triangulation und Kamerageometrie. Das Ergebnis ist eine digitale Rekonstruktion des fotografierten Objekts oder der fotografierten Landschaft – einschließlich detaillierter Texturen, Geometrien und Höhendaten.

Diese Technik wird in vielen Branchen eingesetzt:

Mit dem Aufkommen von UAVs (Drohnen) und leistungsfähiger Desktop-Software wie Metashape ist die Photogrammetrie jetzt erschwinglich und für Profis und Forscher gleichermaßen zugänglich. Lesen Sie auch „Drohnenbilder in 3D-Modelle umwandeln mit Agisoft Metashape“..

2. Warum Agisoft Metashape verwenden?

Agisoft Metashape ist eine professionelle Photogrammetrie-Plattform für die Erstellung von präzisen 3D-Modellen, DEMs, Orthophotos und mehr aus fotografischen Daten. Sie unterstützt fortschrittliche Workflows für Drohnenkartierung, terrestrische Fotografie, Multispektralkameras und industrielles Scannen. Lesen Sie auch „Wie man mit Agisoft Metashape 3D-Modelle aus Fotos erstellt: Schritt-für-Schritt-Anleitung“.

Hier erfahren Sie, warum Tausende von Fachleuten weltweit Metashape vertrauen:

  • Präzision: Metashape liefert bei der Verwendung von GCPs, RTK/PPK-Geotags oder Kamerakalibrierung eine Genauigkeit, die der von Vermessungen entspricht.
  • Flexible Eingabe: Funktioniert mit RGB-, Multispektral-, Thermal-, Fischaugen- und sogar gescannten Bildern.
  • Automatisierung: Automatisieren Sie Projekte mithilfe von Python-Skripten oder Stapelverarbeitung, um Geschwindigkeit und Konsistenz zu gewährleisten.
  • Skalierbar: Verarbeiten Sie mit GPU-Beschleunigung und Netzwerkverarbeitung alles von 20 bis 20.000+ Bildern.
  • Plattformübergreifend: Verfügbar für Windows, macOS und Linux.

Im Gegensatz zu reinen Cloud-Tools haben Sie mit Metashape die volle Kontrolle über Ihre Daten, was für datenschutzsensible Branchen wie Verteidigung, Stadtplanung oder Archäologie entscheidend ist. Lesen Sie „5 leistungsstarke Funktionen von Agisoft Metashape, die Sie wahrscheinlich (noch) nicht nutzen“.

3. Empfohlene Hardware und Einrichtung

Photogrammetrie ist ressourcenintensiv, insbesondere bei der Erstellung von dichten Wolken und Netzen. Für eine optimale Leistung mit Metashape:

  • CPU: Intel i7/i9 oder AMD Ryzen 7/9 mit mindestens 6 Kernen (12 Threads)
  • GPU: NVIDIA GPU mit CUDA Unterstützung – RTX 3070/4070 oder höher wird dringend empfohlen
  • ARBEITSSPEICHER: Mindestens 32 GB, idealerweise 64 GB oder mehr für große Datensätze
  • Speicherplatz: SSD für das System und die Verarbeitungsordner (1 TB+)
  • Monitor: Ein großer Bildschirm (4K optional) hilft bei der manuellen Bearbeitung, insbesondere bei dichten Wolken und der Netzverfeinerung

Wenn Sie extrem große Datensätze verarbeiten, sollten Sie die Netzwerkverarbeitung auf mehreren Rechnern mit Metashape Pro in Betracht ziehen. Die Verteilung von GPU und RAM kann die Gesamtverarbeitungszeit drastisch reduzieren.

4. Fotoerfassung: Tipps und bewährte Praktiken

Eine gute Eingabe ist gleich eine gute Ausgabe. Die Qualität Ihrer photogrammetrischen Rekonstruktion hängt stark davon ab, wie die Fotos aufgenommen werden. Diese Best Practices gelten unabhängig davon, ob Sie eine Drohne, eine Handkamera oder eine auf einem Stativ montierte DSLR verwenden.

  • Bildüberlappung: Streben Sie eine Überlappung von mindestens 70-80% an der Vorderseite und 60-70% an den Seiten an.
  • Gleichmäßige Beleuchtung: Vermeiden Sie Schatten, einen überbelichteten Himmel oder stark reflektierende Oberflächen. Bewölkte Tage sind oft am besten für das Terrain geeignet.
  • Fester Fokus: Verwenden Sie den manuellen Fokus oder sperren Sie den Autofokus, um zu verhindern, dass sich der Fokus zwischen den Aufnahmen verschiebt.
  • Niedriger ISO-Wert: Halten Sie den ISO-Wert niedrig, um Rauschen zu reduzieren (ISO 100-200 empfohlen).
  • Verschlusszeit: Eine kurze Verschlusszeit (1/800s oder kürzer) vermeidet Bewegungsunschärfe.
  • Kamerawinkel: Nehmen Sie bei Drohnenvermessungen Nadir- (gerade nach unten) und Schrägaufnahmen (im Winkel) auf, um die Geometrie besser zu erfassen.
  • EXIF-Daten: Erhalten Sie die Original-Metadaten; Metashape verwendet diese für Geotagging und Objektivinformationen.

Wenn Sie kleine Objekte oder Innenräume fotografieren, verwenden Sie ein Stativ und einen gleichmäßigen Abstand. Achten Sie auf eine gleichmäßige Beleuchtung und vermeiden Sie spiegelnde Reflexe. Lesen Sie auch „10 Profi-Tipps für bessere 3D-Modelle mit Agisoft Metashape“..

5. Vollständiger Arbeitsablauf in Metashape

Dies ist ein schrittweiser Überblick über einen typischen Photogrammetrie-Workflow mit Agisoft Metashape Professional. Sie können jeden Schritt manuell ausführen oder den Prozess mit Python-Skripting oder Stapelverarbeitung automatisieren.

Schritt 1: Fotos hinzufügen

Ziehen Sie Ihre Bilder per Drag & Drop oder verwenden Sie das Menü: Workflow > Fotos hinzufügen. Wenn Ihr Projekt mehrere Kameras oder Sitzungen umfasst, gruppieren Sie die Bilder in Blöcken.

Schritt 2: Fotos ausrichten

Gehen Sie zu Workflow > Fotos ausrichten. Wählen Sie Hohe oder Mittlere Qualität und aktivieren Sie die adaptive Kameramodellanpassung. Dies erzeugt eine dünne Wolke und berechnet die Kamerapositionen.

  • Genauigkeit: Eine höhere Genauigkeit verbessert die Kameraausrichtung, erhöht aber die Verarbeitungszeit.
  • Key Point Limit: Auf Standard (40.000) belassen
  • Tie Point Limit: Optional, niedriger für große Datensätze

Schritt 3: Importieren oder Platzieren von Bodenkontrollpunkten (optional)

Wenn Sie mit Vermessungsgenauigkeit arbeiten, importieren Sie GCPs und markieren Sie sie manuell. Optimieren Sie dann die Kameraausrichtung erneut über das Menü Extras > Kameras optimieren.

Schritt 4: Aufbau einer dichten Wolke

Wählen Sie Workflow > Dichte Wolke erstellen. Wählen Sie die Qualität (Mittel oder Hoch empfohlen). Die Option Tiefenfilterung kann auf Aggressiv eingestellt werden, um Rauschen zu reduzieren, oder auf Mild, um mehr Details zu erhalten.

Schritt 5: Mesh erstellen

Gehen Sie zu Workflow > Mesh erstellen. Wählen Sie die Datenquelle: Dense Cloud oder Tiefenkarten. Legen Sie die Anzahl der Flächen je nach Ausgabebedarf fest. Verwenden Sie für Terrain den Oberflächentyp Höhenfeld und für Objekte den Oberflächentyp Beliebig.

Schritt 6: Textur erstellen (optional)

Verwenden Sie Workflow > Textur erstellen, um eine qualitativ hochwertige Texturkarte auf Ihrem Netzmodell zu erzeugen. Texture Mapping ist für die Visualisierung und 3D-Präsentation unerlässlich, weniger für die Ausgabe von Geodaten.

Schritt 7: DEM und Orthomosaik erstellen

Um topografische Produkte zu erstellen, erstellen Sie ein digitales Höhenmodell (DEM) und ein Orthomosaikbild aus der dichten Wolke oder dem Netz. Sie können auch Höhenlinien (z.B. in 1 m Abständen) für CAD/GIS-Workflows erzeugen.

Schritt 8: Exportieren Sie Ihre Ergebnisse

  • Punktwolke: LAS, LAZ, XYZ, PLY
  • DEM: GeoTIFF, IMG, XYZ
  • Orthomosaik: GeoTIFF, PNG, JPEG
  • Mesh: OBJ, FBX, 3D PDF, GLB, USDZ
  • Konturen: DXF, SHP

Verwenden Sie Datei > Export für jeden Datentyp. Die Konsistenz von Dateinamen und Koordinatensystemen ist wichtig für die GIS-Integration.

6. Optimierung der Genauigkeit

Metashape ist zwar in der Lage, visuell genaue Modelle aus einfachen Fotosätzen zu erstellen, aber um eine Genauigkeit zu erreichen, die der von Vermessungen entspricht, müssen Sie Ihren Arbeitsablauf bewusst einrichten und verfeinern. Hier sind die wichtigsten Techniken, um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten:

  • Verwenden Sie RTK/PPK-fähige Drohnen: Geotagged-Bilder von RTK-Drohnen reduzieren den Bedarf an GCPs und verbessern die Ausrichtungsgenauigkeit.
  • Bodenkontrollpunkte (GCPs): Für professionelle Anwendungen verwenden Sie mit GNSS gemessene GCPs, um Ihr Projekt auf realen Koordinaten zu verankern. Markieren Sie die GCPs in mindestens 3-5 Bildern pro Bild.
  • Kamera-Kalibrierung: Verwenden Sie ein bekanntes Kalibrierungsprofil oder aktivieren Sie die Anpassung des Kameramodells im Ausrichtungsschritt. Vermeiden Sie den Autofokus während der Aufnahme.
  • Kameras neu optimieren: Führen Sie nach dem Hinzufügen von GCPs oder Markern immer Tools > Kameras optimieren aus, um Fehler bei der Reprojektion zu reduzieren.
  • Prüfen Sie den RMS-Fehler: Prüfen Sie im Bereich Referenz Ihre GCP-Residuen. Streben Sie < 2 cm in X, Y und Z für hochpräzise Ergebnisse an.
  • Maßstabsbalken verwenden: Fügen Sie beim Scannen von Objekten ohne GPS Maßstabsbalken hinzu, um eine metrische Skalierung zu gewährleisten.

Sie können auch die Verzerrung reduzieren und die Punktwolkendichte verbessern, indem Sie Kameras mit festem Objektiv verwenden, Weitwinkel-Fisheye-Effekte vermeiden und auf eine einheitliche Brennweite achten.

7. Häufige Fehler und wie Sie sie beheben

Selbst erfahrene Benutzer stoßen bei der Photogrammetrie auf Probleme. Hier sind die häufigsten Fehler, die bei Metashape-Projekten auftreten – und wie Sie sie lösen können.

📌 Falsch ausgerichtete Kameras

  • Problem: Einige Bilder lassen sich nicht ausrichten, oder die Ausrichtungsergebnisse sehen verzerrt aus.
  • Ursache: Unzureichende Überlappung, unübersichtliches Terrain oder Bewegungsunschärfe.
  • Lösung: Vergrößern Sie die Überlappung, entfernen Sie unscharfe Bilder oder fügen Sie manuell Markierungen hinzu. Versuchen Sie eine Neuausrichtung mit mehr Schlüssel-/Bindepunkten.

📌 Weiche oder unvollständige Maschen

  • Problem: Dem endgültigen Netz fehlen scharfe Merkmale oder es hat Löcher.
  • Ursache: Schlechte Qualität der dichten Wolken, Schatten oder sich bewegende Objekte auf Fotos.
  • Lösung: Verbessern Sie die Fotokonsistenz, wenden Sie leichte Filter an, verwenden Sie Tiefenkarten als Mesh-Quelle, füllen Sie Lücken manuell mit Mesh-Bearbeitungswerkzeugen.

📌 Ungenaues DEM oder Orthomosaik

  • Problem: Erhöhte Oberflächen sind uneben oder enthalten Artefakte.
  • Ursache: Spärliche oder verrauschte dichte Wolken, schlechte Kamerapositionen.
  • Lösung: Verbessern Sie den Bildsatz, optimieren Sie die Ausrichtung neu, bereinigen Sie die dünne/dichte Wolke vor der DEM-Erzeugung.

📌 Abstürze während der Verarbeitung

  • Problem: Speicherplatzmangel oder Systemabsturz während der Erstellung einer dichten Wolke oder eines Netzes.
  • Ursache: Ein großer Datensatz übersteigt die Systemkapazität.
  • Lösung: Verringern Sie die Qualitätseinstellung, verwenden Sie Chunk-Splitting oder aktivieren Sie die Kachelverarbeitung. Sorgen Sie für ausreichend freien Speicherplatz und RAM.

Tipp: Speichern Sie Ihr Projekt immer vor intensiven Arbeitsschritten und aktivieren Sie das automatische Speichern in den Voreinstellungen.

 

8. Exportieren und Dateiformate

Sobald Ihre 3D-Rekonstruktion abgeschlossen ist, können Sie Ihre Daten in einer Vielzahl von Formaten für GIS-, CAD-, Web-, AR/VR- oder Dokumentationszwecke exportieren. Die Exportoptionen finden Sie unter Datei > Exportieren und variieren je nach ausgewähltem Datentyp.

Punktwolken-Export

  • Formate: LAS, LAZ, PLY, XYZ
  • Anwendungsfälle: Topografische Modellierung, Vegetationsklassifizierung, LiDAR-Vergleich

Digitales Erhebungsmodell (DEM)

  • Formate: GeoTIFF (.tif), IMG
  • Anwendungsfälle: Terrainanalyse, Hochwassermodellierung, Hangberechnung

Orthomosaik

  • Formate: GeoTIFF, JPEG, PNG
  • Anwendungsfälle: Stadtplanung, Landnutzungsstudien, Infrastrukturinspektion

Maschenmodelle

  • Formate: OBJ, FBX, 3DS, STL, COLLADA, GLB, USDZ, 3D PDF
  • Anwendungsfälle: AR/VR-Integration, Architekturvisualisierung, Drucken

Konturen

  • Formate: SHP, DXF, DWG
  • Anwendungsfälle: Topografische Kartierung, technische Planung

Vergewissern Sie sich vor dem Exportieren, dass Sie im Bereich Referenz das richtige Projektionssystem zugewiesen haben, um Geolokalisierungsfehler zu vermeiden. Überprüfen Sie gegebenenfalls auch die Einstellungen für Auflösung und Maßstab.

9. Fortgeschrittene Tools und Python Scripting

Metashape Professional enthält mehrere erweiterte Funktionen für Unternehmensanwender, Automatisierung und umfangreiche Verarbeitung. Hier sind die wichtigsten Tools, die Sie kennenlernen sollten:

Python-API

Metashape unterstützt die Skripterstellung mit Python 3. Dies ermöglicht die Stapelverarbeitung, die Automatisierung von sich wiederholenden Aufgaben und die Integration in größere Pipelines. Skripte können beim Start, über die Konsole oder über das Menü Extras ausgeführt werden.

Beispielhafte Anwendungsfälle:

  • Stapelimport und Ausrichtung von Hunderten von Bildsätzen
  • Automatisierter GCP-Import und Marker-Platzierung
  • Exportieren von Gitternetzen und DEMs in großen Mengen
  • Cloud-Backups oder PDF-Berichterstellung

Netzwerkverarbeitung

Mit der in Metashape Pro verfügbaren Netzwerkverarbeitung können Sie schwere Aufgaben (Ausrichtung, dichte Wolke, Netz) auf mehrere Arbeitsstationen verteilen. Dies reduziert den Zeitaufwand für große Projekte erheblich.

Agisoft Wolke

Mit einer gültigen Lizenz können Sie Ihr Modell auf cloud.agisoft.com hochladen und es über interaktive Viewer oder eingebettete 3D-Fenster auf Ihrer Website mit Mitarbeitern oder Kunden teilen.

Tiefenkarten und Masken

Metashape ermöglicht auch die Erstellung von Tiefenkarten aus Originalfotos, die zur Erstellung sauberer Meshes oder zur Simulation alternativer Lichtverhältnisse verwendet werden können. Sie können auch Hintergrundmasken automatisch oder manuell für Scan-Workflows in Innenräumen anwenden.

10. Praktische Anwendungen und Fallstudien

Agisoft Metashape wird von Unternehmen und Fachleuten auf der ganzen Welt geschätzt. Seine praktischen Anwendungen umfassen eine Vielzahl von Branchen. Hier sind einige Beispiele, die seine Leistungsfähigkeit und Flexibilität demonstrieren:

🏛️ Archäologie und Kulturerbe

Archäologen verwenden Metashape, um 3D-Rekonstruktionen von antiken Ruinen, Artefakten und Ausgrabungsstätten zu erstellen. Diese Modelle sind von unschätzbarem Wert für die Dokumentation, die Restaurierungsplanung und die virtuelle Konservierung. Die Fähigkeit von Metashape, Schräg- und Nahaufnahmen zu verarbeiten, ist ideal für fragile Stätten.

🌍 Umwelt- und topografische Vermessung

Vermessungsingenieure verwenden RTK-fähige Drohnen, um Landschaften zu kartieren und genaue Höhenmodelle zu erstellen. Diese werden für Hochwasserrisikoanalysen, Bauplanung und Erosionsstudien verwendet. Die Unterstützung von Metashape für GCPs und dichte Punktwolken gewährleistet topografische Präzision.

🏗️ Architektur und Ingenieurwesen

Architekten und Bauingenieure verwenden Metashape für Gebäudefassaden, historische Strukturen und die Rekonstruktion von Innenräumen. Die Modelle können in BIM-Plattformen exportiert, für Nachrüstungen verwendet oder als interaktive 3D-PDFs mit Beteiligten geteilt werden.

🚜 Land- und Forstwirtschaft

Mit Hilfe von Drohnen, die mit RGB- oder Multispektralkameras ausgestattet sind, können Agronomen die Gesundheit der Pflanzen überwachen, das Volumen der Baumkronen messen oder Krankheitsherde aufspüren. Die in Metashape erstellten Orthomosaike und NDVI-Karten unterstützen die Präzisionslandwirtschaft und die Ertragsprognose.

11. Weiteres Lernen und Ressourcen

Um Ihre Kenntnisse zu vertiefen oder bestimmte Probleme zu lösen, können Sie die folgenden Ressourcen nutzen:

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12. Fazit

Agisoft Metashape bietet unübertroffene Möglichkeiten für Profis in den Bereichen 3D-Mapping, Vermessung und räumliche Modellierung. Mit der richtigen Vorbereitung, den richtigen Bildern und dem richtigen Arbeitsablauf können Sie genaue, hochauflösende 3D-Modelle von nahezu jedem Objekt oder jeder Umgebung erstellen.

In diesem Handbuch wird jeder Schritt des Prozesses behandelt – von der Einrichtung der Hardware und der Fotoaufnahme bis hin zu fortgeschrittenen Skripten und Exportstrategien. Ganz gleich, ob Sie Drohnenpilot, Forscher, Ingenieur oder bildender Künstler sind, Metashape bietet die Flexibilität und Präzision, die Sie benötigen, um Ihre Projekte zum Leben zu erwecken.

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