Underwater Photogrammetric Documentation as a Testbed for 3DF Zephyr Software: An Evaluation Study in the Search for an Alternative to Agisoft Metashape

Die digitale Zeitmaschine unter den Wellen

Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Archäologe, aber anstatt mit einer Kelle in trockenem Boden zu graben, erkunden Sie eine versunkene Welt, die unter der Oberfläche eines Sees verborgen liegt. Das Problem? Wasser ist ein schwieriger Nachbar. Es verschluckt Licht, verwandelt leuchtende Rottöne in geisterhafte Blau- und Grautöne, und es ist voller schwebendem Staub, der alles verschwommen aussehen lässt. Um diese Unterwasserschätze – wie alte Schiffswracks oder verlorene Werkzeuge – zu untersuchen, nutzen Wissenschaftler eine Technik namens Photogrammetrie. Betrachten Sie dies als einen digitalen Zaubertrick: Man macht hunderte von überlappenden Fotos aus verschiedenen Winkeln, und ein Computer fügt sie zusammen, um ein perfektes, 3D-virtuelles Modell des Objekts zu bauen. Es ist, als würde man ein flaches Puzzle nehmen und es in eine solide Statue verwandeln, die man auf seinem Bildschirm drehen kann.

Jahrelang war die „Goldstandard“-Software für diese Unterwasser-Magie ein Programm namens Agisoft Metashape. Es ist das zuverlässige Arbeitstier, das fast jeder verwendet, weil es sich in unzähligen schwierigen Tauchgängen bewährt hat. Doch vor kurzem wurde die Lage kompliziert. Da das Unternehmen hinter Metashape in Russland ansässig ist, können viele Forscher im Westen aufgrund der aktuellen globalen Spannungen und Handelsbeschränkungen das Programm nicht mehr einfach kaufen oder nutzen. Dies hat die Gemeinschaft der Unterwasserarchäologen in eine gewisse Panik versetzt: „Wenn wir unser Lieblingswerkzeug nicht nutzen können, wie sollen wir dann die Geschichte dokumentieren?“ Sie benötigen eine neue, vertrauenswürdige Software, die in der Lage ist, die unordentliche, bei schlechter Sicht liegende Realität der Tiefe zu bewältigen, ohne ins Schwitzen zu geraten.

Der große Software-Wechsel: Den neuen Herausforderer testen

Genau diese Frage wollte Wojciech Gajtkowski in seiner Forschung beantworten. Er wollte sehen, ob 3DF Zephyr, eine Software eines italienischen Unternehmens, den Job übernehmen kann, den normalerweise Metashape erledigt. Anstatt nur einen direkten Vergleich mit denselben Fotos durchzuführen (was eine Möglichkeit wäre, Werkzeuge zu vergleichen), entschied sich Gajtkowski dafür, die „Muskelkraft“ von 3DF Zephyr in der realen Welt zu testen. Er wollte sehen, ob die Software eine unordentliche, reale Tauchfahrt eigenständig bewältigen kann, unabhängig davon, welche Kamera der Taucher in der Hand hält.

Um die Software auf die Probe zu stellen, tauchte Gajtkowski in den See Kłodno in Polen ein, einen Ort mit trübem Wasser, an dem die Sichtweite nur zwischen 1,2 und 1,6 Metern lag. Sein Ziel war das Wrack eines Holz Fischerboots, etwa 4,93 Meter lang, das in einer Tiefe von circa 6,6 Metern ruhte. Er verwendete nicht nur eine Kamera; er befestigte zwei verschiedene Typen an einem einzigen Rahmen, um die Szene gleichzeitig einzufangen. Eine war eine Consumer-Actionkamera vom Typ Insta360 Ace Pro (die Art, die man an einen Helm klemmen kann), und die andere war eine professionelle Vollformat-spiegellose Kamera der Marke Sony A7IV.

Er erstellte vier verschiedene „Rezepte“, die die Software ausprobieren sollte:

1. Modell A: Standardmäßiges 4K-Video von der Actionkamera.
2. Modell B: Rohes Video mit flachem Profil von der Actionkamera (um der Software mehr Daten zur Verfügung zu stellen).
3. Modell C: Hochauflösende Fotos der professionellen Kamera mit einem Weitwinkelobjektiv von 16 mm.
4. Modell D: Hochauflösende Fotos der professionellen Kamera mit einem 35 mm Objektiv plus zusätzlicher Farbkorrektur.

Die Ergebnisse waren wie beim Beobachten eines Kochs, der mit unterschiedlichen Zutaten arbeitet. Als 3DF Zephyr versuchte, das Modell aus dem Videomaterial der Actionkamera zu erstellen (Modelle A und B), erledigte es einen ordentlichen Job bei der Darstellung der Form des Bootes, aber die Details waren etwas unscharf, und das Ganze hatte einen starken Grünton, genau wie der Blick durch trübes Wasser. Als die Software jedoch die Fotos der professionellen Kamera verwendete (Modelle C und D), waren die Ergebnisse atemberaubend. Die Modelle waren unglaublich scharf und zeigten winzige Risse im Holz sowie klare Details der Bootsstruktur. Die Version mit dem 35 mm Objektiv (Modell D) war die schärfste von allen, obwohl sie etwas weniger „unterwasserartig“ aussah, da die Farben so perfekt korrigiert waren.

Die wichtigste Entdeckung hierbei ist, dass 3DF Zephyr nicht versagt hat. Es konnte erfolgreich hochwertige 3D-Modelle sowohl aus der günstigen Actionkamera als auch aus der teuren professionellen Ausrüstung erstellen. Die Studie legt nahe, dass die Qualität des fertigen 3D-Modells viel mehr von der Qualität der aufgenommenen Fotos abhängt (Kamera und Beleuchtung) als von der Software selbst. Mit anderen Worten: 3DF Zephyr ist ein fähiges Werkzeug, das einen nicht einschränkt; wenn man ihm gute Daten gibt, erstellt es ein großartiges Modell.

Der Autor ist jedoch vorsichtig damit, dies als „perfekten Ersatz“ in jeder Hinsicht zu bezeichnen. Er merkt an, dass er keinen strengen, direkten Vergleich gegen Metashape mit exakt denselben Fotos durchgeführt hat, um kleinste Unterschiede in der geometrischen Genauigkeit zu messen. Er weist auch auf einige praktische Hürden hin: Die kostenlose Version von 3DF Zephyr kann keine bestehenden 3D-Modelle importieren, und die Vollversion ist recht teuer. Zudem sind die Dateien für diese hochdetaillierten Modelle so riesig, dass man sie nicht einfach auf gängigen Sharing-Webseiten hochladen kann.

Letztendlich bestätigt diese Studie, dass 3DF Zephyr ein voll funktionsfähiges, zuverlässiges Werkzeug für die Unterwasserarchäologie ist. Sie beweist, dass Forscher, die aufgrund von Beschränkungen keinen Zugriff auf Metashape haben, eine praktikable Alternative besitzen, die die schwierigen Bedingungen mit geringer Sichtweite in der Tiefe bewältigen kann. Obwohl weitere direkte Vergleiche nötig sind, um zu sehen, ob es Metashapes Präzision bis auf den Millimeter erreicht, hat 3DF Zephyr den ersten großen Test bestanden: Es funktioniert, es ist reproduzierbar und es kann einen verschwommenen, grün getönten Tauchgang in einen klaren, digitalen Schatz verwandeln.