Александр Павлюк

Есть довольно мощный и бесплатный FreeCAD. Недавно перешел на него, очень понравилось модели делать.
Единственный минус — если модель очень сложная, с кучей сложных поверхностей, то можно словить глюк булевых функций. Для ваших целей вполне подойдет.

Лучше всего одну, чтобы при отрисовке несколько раз не переключались шейдеры и наборы атрибутов.

Кучу раз уже отвечали на подобный вопрос: three.js

Для браузера three.js наиболее универсальная вещь.

Процедурную анимацию как в последнем видео обычно собирают в Houdini или Cinema4D
Симуляцию физики, как в двух первых, можно почти в любом 3д редакторе сделать.

В 3д печати принято, что 1 единица модели это 1мм
А ещё, в Блендере можно выставить единицы в метрические, тогда все длины у вас будут не просто цифры, а 1m, 25cm, 2mm, итд.

Но я не проверял, как это потом экспортируется в STL, ибо моделю обычно в простых юнитах, считая их за миллиметры.

Есть проект OpenMVG с открытыми исходниками, в котором это реализовано. Можно взять оттуда некоторые этапы восстановления геометрии по фото и использовать его как подключаемую библиотеку.
Для дальнейшего восстановления всей поверхности объекта можно использовать OpenMVS.

Велосипед — это тот случай, когда гораздо быстрее и удобнее построить модель вручную, измерив все механические детали.
Для 3д-реконструкции по фото больше всего подходят непрерывные поверхности с текстурой и без отражения, например склон горы, камень, здание, игрушка из ткани, итд...
В случае велосипеда алгоритму будет не за что зацепиться, контрольные точки почти никуда не поставишь, а он ещё и бликует. В случае небольших изделий типа ювелирки, конечно, используют метод нанесения матового покрытия на объект. Например, тальк или подобная пудра, чтобы не осталось бликующих областей. В случае с велосипедом это можно, но ооочень запарно, легче построить модель в редакторе.

Есть Blender, в котором можно смоделить здание вручную.
Есть Meshroom или OpenMVG+OoenMVS для полностью автоматической фотограмметрии, но модель после них надо чистить.

ThreeJs, если хотите больше контроля
Blend4Web, если хотите проще

Создать грань на фейсе можно с помощью knife tool (горячая клавиша k)


Удалить что-то без изменения остального — dissolve.

То, что вы хотите, называется "SLAM"
Simultaneous Localization and Mapping
Здесь неплохая серия лекций