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

水下的数字时光机

想象你是一名考古学家，但你不是在用铁锹挖掘干燥的泥土，而是在探索隐藏在湖泊表层之下的沉没世界。问题在于，水是一个棘手的邻居。它会吞噬光线，将鲜艳的红色变成幽灵般的蓝色和灰色，而且水中充满了漂浮的尘埃，让一切看起来都模糊不清。为了研究这些水下珍宝——比如旧沉船或失落的工具——科学家们使用一种叫做**摄影测量法（photogrammetry）**的技术。把这想象成一个数字魔术：你从不同角度拍摄数百张重叠的照片，然后由计算机将它们缝合在一起，构建出一个完美的、三维的虚拟物体模型。这就像是将一个扁平的拼图变成了一个可以在你的屏幕上旋转的立体雕像。

多年来，进行这种水下魔术的“金标准”软件是一款名为 Agisoft Metashape 的程序。它是几乎所有人都在使用的可靠工具，因为它在无数次艰苦的潜水中证明了自己。但最近，情况变得复杂了。由于 Metashape 背后的公司总部位于俄罗斯，受当前全球局势和贸易限制的影响，许多西方研究人员已无法轻易购买或使用它。这让水下考古界陷入了一丝恐慌：“如果我们不能使用最喜欢的工具，该如何继续记录历史？”他们需要一种新的、值得信赖的软件，能够处理深处那种混乱、低能见度的现实情况，且不费吹灰之力。

软件大换血：测试新竞争者

这正是 Wojciech Gajtkowski 在其研究中试图回答的问题。他想看看由一家意大利公司开发的 3DF Zephyr 是否能够接手通常由 Metashape 处理的工作。Gajtkowski 并没有仅仅通过使用相同的照片进行并排对比测试（这是比较工具的一种方法），而是决定测试 3DF Zephyr 在现实世界中的“肌肉力量”。他想看看无论潜水员拿着什么样的相机，该软件是否都能独立处理一次混乱的真实潜水任务。

为了对该软件进行测试，Gajtkowski 潜入了波兰的 Kłodno 湖，那里的水质浑浊，能见度仅在 1.2 到 1.6 米之间。他的目标是一艘长约 4.93 米的木制渔船遗骸，停留在约 6.6 米的深度。他没有只使用一部相机；他将两种不同类型的相机固定在一个框架上，以同时捕捉场景。其中一个是消费级的 Insta360 Ace Pro 运动相机（就是那种你可以夹在头盔上的类型），另一个是专业的 Sony A7IV 全画幅无反相机。

他为软件创建了四种不同的“配方”来尝试：

1. 模型 A： 来自运动相机的标准 4K 视频。
2. 模型 B： 来自运动相机的原始、扁平轮廓视频（为软件提供更多数据）。
3. 模型 C： 使用专业相机配合宽 16 mm 镜头的超高分辨率照片。
4. 模型 D： 使用专业相机配合 35 mm 镜头的高分辨率照片，并进行了额外的色彩校正。

结果就像是在观察厨师用不同的食材烹饪。当 3DF Zephyr 尝试利用运动相机素材构建模型（模型 A 和 B）时，它很好地展示了船的形状，但细节有些模糊，且整体带有强烈的绿色调，就像透过浑浊的水观察一样。然而，当软件使用专业相机的照片（模型 C 和 D）时，结果令人惊叹。模型极其清晰，甚至能看到木头上的细微裂缝和船体结构的细节。35 mm 镜头的版本（模型 D）是最清晰的，尽管由于色彩校正得太完美，它看起来没那么有“水下感”了。

这里最重要的发现是，3DF Zeло 并没有失败。它成功地从廉价的运动相机和昂贵的专业设备中构建出了高质量的三维模型。这项研究表明，最终 3D 模型的质量更多取决于你拍摄的照片质量（相机和光照），而不是软件本身。换句话说，3DF Zephyr 是一个有能力的工具，它不会限制你；如果你给它好的数据，它就能做出伟大的模型。

然而，作者谨慎地指出，这并不意味着它在每一个方面都是“完美的替代品”。他指出，他并没有使用完全相同的照片与 Metashape 进行严格的、面对面的竞赛，以测量极细微的几何精度差异。他还提到了一些实际的障碍：3DF Zephyr 的免费版本无法导入现有的 3D 模型，且全功能许可的价格相当昂贵。此外，这些高细节模型的体积巨大，无法轻松上传到流行的分享网站。

最终，这项研究证实了 3DF Zephyr 是一个功能完备、可靠的工具，适用于水下考古。它证明了那些因限制而无法使用 Metashape 的研究人员，拥有一个可以应对深处困难、低能见度条件的有效替代方案。虽然还需要更直接的对比研究，以观察它是否能在毫米级精度上与 Metashape 相媲美，但 3DF Zephyr 已经通过了第一个重大测试：它行得通，它是可重复的，并且可以将一次模糊、泛绿的潜水记录转化为清晰的数字珍宝。