Agisoft Metashape (Photoscan) 全方位教程

第一部分：基础概念与准备工作

在开始之前,了解一些核心概念至关重要。

什么是摄影测量？ 摄影测量就是通过从不同角度拍摄的物体照片，来计算出物体的三维坐标和纹理信息，最终生成高精度的三维模型、点云或正射影像。

Agisoft Metashape 核心术语

• 区块: 这是 Metashape 的核心工作单元，一个 Block 包含了所有用于处理的照片、相机参数、生成的点云、网格、纹理等所有数据，一个项目可以包含多个 Block，但通常一个物体一个 Block。
• 对点: 这是照片上可以识别的、在不同照片中都出现的同名点，软件通过匹配这些对点来计算出每张照片相机在拍摄时的精确位置（外方位元素）和相机内部参数（内方位元素）。对点的数量和质量直接决定了模型精度。
• 点云: 由成千上万个带有三维坐标的点组成的集合,这些点是软件从照片中计算出的物体表面特征点。
• 网格: 将点云中的点连接起来，形成由三角形面片组成的物体表面,这是三维模型的基础几何结构。
• 纹理: 将照片的颜色信息“贴”到网格表面，使模型看起来真实，纹理可以是简单的,也可以是高分辨率的。

拍摄准备：成功的关键 软件无法凭空创造信息,高质量的输入照片是高质量模型的基础。

• 相机:
  • 单反/无反相机为佳：拥有较大的传感器和高质量的镜头。
  • 固定焦距: 尽量使用定焦镜头，避免变焦镜头在拍摄中改变焦距,这会给匹配带来困难。
  • 关闭自动对焦: 拍摄过程中保持对焦不变。
  • 手动设置: 使用手动模式，设置好光圈、快门、ISO,保证所有照片曝光一致。
• 光线:
  • 光线均匀、柔和: 避免强烈的阴影和高光,阴天是理想的拍摄天气。
  • 避免反光: 物体表面的反光（如金属、玻璃、漆面）会破坏纹理，导致匹配失败，可以使用哑光喷雾处理（注意：会损坏物体，需谨慎）。
• 拍摄对象:
  • 静态: 拍摄过程中物体绝对不能移动。
  • 特征丰富: 表面需要有足够的细节和纹理，纯色、光滑的表面（如白墙、玻璃）很难处理。
• 拍摄方法:
  • 环绕拍摄: 围绕物体进行水平旋转拍摄,确保每个角度都有照片覆盖。
  • 上下拍摄: 从上到下、从下到上进行拍摄,覆盖物体的顶部和底部。
  • 交错拍摄: 每次旋转 30-60 度，并稍微上下移动相机位置，形成“之”字形或螺旋形轨迹。
  • 重叠率:
    • 航向重叠: 相邻照片在飞行方向上的重叠度，建议 70%-80%。
    • 旁向重叠: 相邻照片在垂直于飞行方向上的重叠度，建议 70%-80%。
  • 距离: 保持相机到物体的距离相对恒定，太近会导致变形,太远则细节不足。

第二部分：标准工作流程（以生成一个静态物体模型为例）

这个流程涵盖了从照片到最终模型的全过程。

新建项目与导入照片

1. 打开 Agisoft Metashape。
2. 点击 文件 -> 新建，或使用快捷键 Ctrl+N。
3. 在弹出的对话框中，选择一个单位（如 meter 或 millimeter），然后点击 OK。
4. 在左侧的 工作空间 面板中，右键点击 照片，选择 添加照片。
5. 选中你拍摄的所有照片，点击 打开,照片会出现在照片列表中。

对齐照片

这是整个流程中最重要的一步,目的是计算出每张照片的相机位置。

1. 在菜单栏点击 工作流程 -> 对齐照片。
2. 在弹出的对话框中，设置参数：
   • 精度:
     • 高: 适用于大多数情况,平衡了速度和精度。
     • 超高: 精度最高，但耗时非常长,适用于对精度要求极高的项目。
   • 关键点限制: 限制匹配的特征点数量，可以加快速度,默认值通常足够。
   • 对点限制: 限制用于计算相机位置的同名点对数量。
   • 稳健匹配: 强烈建议勾选！ 这可以帮助软件过滤掉错误的匹配点,提高对齐质量。
3. 点击 确定，软件开始运行，你会看到照片在 3D 视图中逐渐找到自己的位置。

如何判断对齐是否成功？

• 在 工作空间 面板中，展开 对齐照片 -> 点云。
• 在 3D 视图中，你应该能看到一个由彩色点组成的、大致符合你物体的点云。
• 在 照片 列表中，右键点击一张照片，选择 在 3D 视图中显示，你应该能看到该照片的相机位置和方向,并且其视线应该指向物体的点云。
• 如果大部分照片的相机位置都指向了同一个区域,说明对齐成功。

构建密集点云

稀疏点云只包含了特征点，而密集点云则可以覆盖整个物体表面,生成模型的基础。

1. 在菜单栏点击 工作流程 -> 构建密集点云。
2. 在对话框中选择质量：
   • 中等: 速度快,适合快速预览和不太复杂的模型。
   • 高: 质量和速度的平衡,推荐使用。
   • 超高: 生成非常密集的点云，文件巨大，处理时间长,适用于精细模型。
3. 点击 确定,软件会根据照片重建出密集的三维表面信息。

生成网格

将密集点云转换成由三角形面片组成的网格模型。

1. 在左侧 工作空间 面板中，右键点击 密集点云，选择 构建网格。
2. 在对话框中设置参数：
   • 源数据: 选择 密集点云。
   • 类型:
     • 表面重建: 强烈推荐，它会生成一个完整的、封闭的表面,效果最好。
     • 高程: 生成基于点云高度的网格,适合地形。
   • 面片大小: 可以使用默认值或根据你的模型尺寸调整。
   • 插值坐标: 勾选此项可以使网格表面更平滑。
3. 点击 确定，稍等片刻，一个没有纹理的白色网格模型就会出现在 3D 视图中。

生成纹理

将照片的颜色信息“贴”到网格上,让模型看起来真实。

1. 在左侧 工作空间 面板中，右键点击 网格，选择 构建纹理。
2. 在对话框中选择方法：
   • 通用: 最常用,效果均衡。
   • 拉伸: 适合生成单个巨大的纹理图,但可能存在拉伸变形。
   • 胶合: 适合生成多个小纹理图，避免变形,但接缝处可能不完美。
   • Mosaic: 拼贴模式，适合生成超大纹理,如正射影像。
3. 高级选项:
   • 纹理分辨率: 选择一个足够大的值，如 8192 或 16384，以保证纹理清晰,但注意文件大小会急剧增加。
   • blending mode: 选择 Mosaic (马赛克) 通常可以得到更好的纹理过渡效果。
4. 点击 确定，软件会计算并应用纹理，完成后,你的模型就有了颜色和细节。

导出模型

1. 在左侧 工作空间 面板中，右键点击你的网格（通常命名为 Model 1），选择 导出模型。
2. 选择你需要的格式：
   • OBJ: 最通用的3D模型格式，包含几何和纹理,兼容性极好。
   • FBX: 带有动画信息的格式,也常用于3D软件。
   • PLY: 纯几何格式,不带纹理。
   • GLTF/GLB: Web 3D 的标准格式,越来越流行。
3. 点击 确定，选择保存位置,即可完成导出。

第三部分：进阶技巧与常见问题

如何处理大型物体或场景？