オープンソースによるフォトグラメトリを実行するための環境構築

はじめに

この記事は，Ubuntu系の計算機にオープンソースの
フォトグラメトリを行う環境を構築する手順の記載となります．

フォトグラメトリとは

立体復元対象が写っている複数の写真から，
立体復元対象の3Dモデルを生成する手法のことです．

計算機スペック

• OSはUbuntu20.04で環境構築を行います
  （Ubuntu22.04ではこの方法だとインストールできません．原因はまだ未解決．）
  • Linux Mint 20 や Ubuntu Mate 20.04でも同じ方法で環境構築可能です．
• CPUとGPUは高スペックであることが望ましい（計算時間がかかります．）
• CPUはAMD64プロセッサ（arm64はインストールできません．）
• CUDAが必須（Nvidia系のGPUが必要になります．）
• make -j32を使っています．（CPUのコア数で適宜変更してください．）

インストールするフォトグラメトリオープンソース

• OpenSfM (https://opensfm.org/)
• openMVS (https://github.com/cdcseacave/openMVS)
• COLMAP (https://colmap.github.io/)

クリーンインストールした状態からの環境構築手順

• 必要に応じて適宜変更して行ってください．

1. 初期設定およびnvidiaドライバのインストール

ユーザディレクトリの英語化

$ LANG=C xdg-user-dirs-gtk-update

パッケージの更新

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade

vimをインストール（著者はvimを使うので）

$ sudo apt install vim

nouveauの確認

$ lsmod | grep nouveau
# このコマンドを実行後，何か表示されたら，次の内容を行うこと
# 表示されない場合，nvidiaドライバの確認へ

nouveauの無効化の準備

$ sudo vim /etc/modprobe.d/blacklist-nouveau.conf # 次の内容を書き込んでください

blacklist-nouveau.confに書き込む内容

blacklist nouveau
options nouveau modeset=0 

nouveauの無効化，再起動

$ sudo update-initramfs -u 
$ sudo reboot 

nouveauの無効化の確認および，nvidiaドライバの確認

$ lsmod | grep nouveau # 何も表示しないことを確認する
$ ubuntu-drivers devices # Recommendされている nvidia-driver-○○-open の "○○"をメモする

nvidiaドライバのインストール

$ sudo add-apt-repository ppa:graphics-drivers/ppa
$ sudo apt update
$ sudo apt install nvidia-driver-525 # メモした"○○"をインストール（今回の場合は525をインストール）
$ sudo reboot # 再起動すれば，nvidiaドライバが機能します．

2. CUDAのインストール（cuda11.6をインストールします）

• CUDA Toolkit 11.6 Update 2 Downloadsを参考にインストールします．
• Select Target Platformは以下を選択
  • Architecture: x86_64
  • Distribution: Ubuntu
  • Version: 20.04
  • Installer Type: deb(local)
• ただし，cuda-toolkitをインストールします．

CUDAをインストール（最後だけ注意）

$ wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/repos/ubuntu2004/x86_64/cuda-ubuntu2004.pin
$ sudo mv cuda-ubuntu2004.pin /etc/apt/preferences.d/cuda-repository-pin-600
$ wget https://developer.download.nvidia.com/compute/cuda/11.6.2/local_installers/cuda-repo-ubuntu2004-11-6-local_11.6.2-510.47.03-1_amd64.deb
$ sudo dpkg -i cuda-repo-ubuntu2004-11-6-local_11.6.2-510.47.03-1_amd64.deb
$ sudo apt-key add /var/cuda-repo-ubuntu2004-11-6-local/7fa2af80.pub
$ sudo apt update
$ sudo apt install cuda-toolkit-11-6

CUDAのパスを通す

$ vim .bashrc

.bashrcの最後に以下を記載する

export PATH="/usr/local/cuda/bin:$PATH"
export LD_LIBRARY_PATH="/usr/local/cuda/lib64:$LD_LIBRARY_PATH"

設定を反映させる

$ source .bashrc
$ nvcc -V # このコマンドが実行できればOK

3. OpenSfMのインストール

pyenvのインストール（OpenSfMのbuildでPython3.7系を使用するため）

$ sudo apt install make build-essential libssl-dev zlib1g-dev libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm libncursesw5-dev xz-utils tk-dev libxml2-dev libxmlsec1-dev libffi-dev liblzma-dev git
$ git clone https://github.com/pyenv/pyenv.git ~/.pyenv

pyenvのパスを通す

$ vim .bashrc

.bashrcの最後に以下を記載する

export PYENV_ROOT="$HOME/.pyenv"
command -v pyenv >/dev/null || export PATH="$PYENV_ROOT/bin:$PATH"
eval "$(pyenv init -)"

設定を反映させる

$ source .bashrc
$ pyenv -v # このコマンドが実行できればOK

python3.7系のインストール

$ pyenv install --list # どのバージョンがインストールできるか確認する
$ pyenv install 3.7.16

作業ディレクトリを作成する

# 作業ディレクトリ(3d)を作成し，そのディレクトリ以下はpython3.7.16で動作するようにする
$ mkdir 3d
$ cd 3d
$ pyenv local 3.7.16 # ディレクトリ(3d)以下はpython3.7.16でpythonを動かす
$ pyenv versions # python3.7.16が使用されているかどうかを確認する

OpenSfMに必要なパッケージをインストールする

$ sudo apt install cmake libatlas-base-dev libeigen3-dev libgoogle-glog-dev libopencv-dev libsuitesparse-dev python3-dev python3-numpy python3-opencv python3-pip python3-pyproj python3-scipy python3-yaml meshlab

ceres-solverをインストールする（3dディレクトリで行うこと）

$ curl -L http://ceres-solver.org/ceres-solver-1.14.0.tar.gz | tar xz && cd ceres-solver-1.14.0 && mkdir -p build && cd build
$ cmake .. -DCMAKE_C_FLAGS=-fPIC -DCMAKE_CXX_FLAGS=-fPIC -DBUILD_EXAMPLES=OFF -DBUILD_TESTING=OFF
$ make -j32
$ sudo make install
$ cd ../../

opengvをインストールする（3dディレクトリで行うこと）

$ git clone https://github.com/paulinus/opengv.git && cd opengv && git submodule update --init --recursive && mkdir -p build && cd build
$ cmake .. -DBUILD_TESTS=OFF -DBUILD_PYTHON=ON -DPYBIND11_PYTHON_VERSION=3.7 -DPYTHON_INSTALL_DIR=~/.pyenv/versions/3.7.16/lib/python3.7/site-packages/
$ make -j32
$ sudo make install
$ cd ../../

OpenSfM(v0.5.1)をインストール（3dディレクトリで行うこと）

$ git clone --recursive https://github.com/mapillary/OpenSfM -b v0.5.1
$ cd OpenSfM
$ pip3 install -U pip setuptools
$ pip3 install opencv-python opencv-contrib-python wheel
$ pip3 install -r requirements.txt
$ python3 setup.py build # エラーが出なければOK
$ cd ../

4. OpenMVSのインストール

OpenSfMに必要なパッケージをインストールする

$ sudo apt install git cmake libpng-dev libjpeg-dev libtiff-dev libglu1-mesa-dev

Eigen(3.2)をインストールする（3dディレクトリで行うこと）

$ git clone https://gitlab.com/libeigen/eigen.git --branch 3.2
$ cd eigen
$ mkdir build && cd build
$ cmake . ..
$ make -j32
$ sudo make install
$ cd ../../

必要なパッケージをインストールする

# Boostのインストール
$ sudo apt install libboost-iostreams-dev libboost-program-options-dev libboost-system-dev libboost-serialization-dev
# OpenCVのインストール
$ sudo apt install libopencv-dev
# CGALのインストール
$ sudo apt install libcgal-dev libcgal-qt5-dev
# VCGLibのインストール（3dディレクトリで行うこと）
$ git clone -b master https://github.com/cdcseacave/VCG.git vcglib
$ cd vcglib
$ git checkout 88f12f212a1645d1fa6416592a434c29e63b57f0
$ cd ../
# GLFW3のインストール
$ sudo apt install freeglut3-dev libglew-dev libglfw3-dev

OpenMVSのインストール

$ git clone -b v1.1.1 https://github.com/cdcseacave/openMVS.git
$ cd openMVS
$ mkdir openMVS_build && cd openMVS_build
$ cmake . .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DVCG_ROOT="~/3d/vcglib"
$ make -j32 # エラーが出なければOK
$ sudo make install
$ cd # COLMAPインストールのため，ホームディレクトリに移動する

5. COLMAPのインストール

• ホームディレクトリで行っています．

必要なパッケージをインストールする

$ sudo apt install git cmake build-essential libboost-program-options-dev libboost-filesystem-dev libboost-graph-dev libboost-system-dev libboost-test-dev libeigen3-dev libsuitesparse-dev libfreeimage-dev libmetis-dev libgoogle-glog-dev libgflags-dev libglew-dev qtbase5-dev libqt5opengl5-dev libcgal-dev libcgal-qt5-dev libatlas-base-dev libsuitesparse-dev

cmakeをアップデートする

$ sudo apt purge cmake 
$ sudo apt autoremove
$ wget https://github.com/Kitware/CMake/releases/download/v3.25.1/cmake-3.25.1.tar.gz
$ tar xvf cmake-3.25.1.tar.gz
$ cd cmake-3.25.1/
$ ./bootstrap && make -j32 && sudo make install
$ hash -r # bashの場合，このコマンドを行う
$ cmake --version # 3.25.1かどうかを確認する
$ cd

最新版のceres-solverをインストールする（OpenSfMを先にインストールしておくこと）

$ git clone https://ceres-solver.googlesource.com/ceres-solver
$ cd ceres-solver
$ git checkout $(git describe --tags)
$ mkdir build && cd build
$ cmake .. -DBUILD_TESTING=OFF -DBUILD_EXAMPLES=OFF
$ make -j32
$ sudo make install
$ cd

Eigen(3.3.7)をインストールする（OpenMVSを先にインストールしておくこと）

$ git clone https://gitlab.com/libeigen/eigen.git --branch 3.3.7
$ cd eigen
$ mkdir build && cd build
$ cmake . ..
$ make -j32
$ sudo make install
$ cd

COLMAPをインストールする

$ git clone https://github.com/colmap/colmap.git --branch 3.7
$ cd colmap
$ git checkout 079518040b4437c1d1b8067f0167be3fd1a4157b
$ mkdir build && cd build
$ cmake ..
$ make -j32 # エラーが出なければOK
$ sudo make install
$ cd

ここまでエラーが出なければ，環境構築成功となります．
このオープンソースの使用方法に関しては，
次ページ（オープンソースによるフォトグラメトリの実行方法）に記載しました．