STL vs OBJ vs 3MF: quale formato di file 3D usare?

L'STL nasce nel 1987 per le prime macchine a stereolitografia di 3D Systems, e il suo design lo mostra. Un file è un semplice elenco di triangoli, ciascuno descritto da una normale della faccia e da tre vertici. Non esiste una tabella di vertici condivisa, quindi un vertice che tocca sei triangoli viene scritto sei volte. Non c'è nemmeno un campo per l'unità: una coordinata di 25 può significare millimetri, pollici o metri, e quasi tutti gli slicer assumono i millimetri. Colore, texture e nomi delle parti non trovano posto nel formato di base, ed è proprio per questo che ogni slicer, programma CAD e servizio di stampa lo legge ancora.

L'STL esiste in due codifiche. L'STL ASCII scrive tutto in testo, con righe come facet normal, outer loop e vertex 12.5 0 3.2, quindi si può aprire in un editor di testo e leggere i numeri. L'STL binario inizia con un'intestazione di 80 byte e un conteggio dei triangoli di 4 byte, poi memorizza ogni triangolo come dodici float da 4 byte più un campo attributi da 2 byte: esattamente 50 byte per triangolo. Questa regola rende facile prevedere le dimensioni. Un modello da un milione di triangoli pesa circa 50 MB in binario, mentre la versione ASCII della stessa mesh è in genere da quattro a sei volte più grande, perché ogni cifra diventa un carattere.

La semplicità è insieme punto di forza e trappola. Un STL non dice se doveva essere una parte o tre, se è stato esportato in pollici o se i suoi triangoli racchiudono davvero un solido. Lo slicer lo deduce dalle coordinate grezze e, quando sbaglia, si ottiene un pezzo 25,4 volte più piccolo o una parete mancante. Per un pezzo monocolore progettato da voi ed esportato in millimetri nulla di tutto ciò conta, e l'STL resta il formato meno soggetto a rifiuti.

L'OBJ viene da Wavefront Technologies, il cui software Advanced Visualizer lo usava alla fine degli anni Ottanta, e si è diffuso negli anni Novanta come formato di testo che quasi ogni programma 3D sapeva scambiare. A differenza dell'STL, mantiene un elenco di vertici e costruisce le facce con gli indici, quindi un vertice condiviso è memorizzato una sola volta, e le facce possono essere triangoli, quadrilateri o poligoni più grandi. Le righe che iniziano con v contengono le posizioni, vt le coordinate di texture (UV), vn le normali e f le facce. Gruppi (g) e oggetti (o) danno un nome alle parti, perciò l'OBJ sopravvive a un passaggio da Blender, Maya o ZBrush con la struttura intatta.

L'aspetto sta fuori dal file .obj. Una riga mtllib indica un file .mtl associato, e le righe usemtl assegnano i materiali alle facce. Il file .mtl memorizza colori come Kd (diffuso) e rimanda alle immagini di texture con voci come map_Kd wood.png. Un OBJ con texture è quindi composto da almeno tre file: la geometria, la libreria dei materiali e una o più immagini, tutti richiamati con percorso relativo. Se si invia solo l'.obj, chi lo riceve vede un modello grigio. Questa separazione è utile nelle pipeline di giochi e VFX, dove gli artisti sostituiscono le texture senza toccare la geometria, ed è anche il motivo più frequente per cui un modello scaricato appare sbagliato.

L'OBJ condivide con l'STL il punto cieco della scala: memorizza numeri nudi senza unità. La maggior parte degli strumenti di modellazione scrive in metri o centimetri, mentre gli slicer leggono i millimetri, quindi un OBJ preso da uno store di asset per giochi può arrivare con un errore di 10 o 1.000 volte. Per la stampa l'OBJ non aggiunge nulla che lo slicer usi, tranne il colore per vertice in pochi strumenti: se dovete stampare un asset artistico, di solito è più semplice tenere le texture per il rendering e dare allo slicer una mesh pulita. Nel senso opposto, convertire un STL in OBJ è la via più breve da un modello di stampa a un flusso di rendering o gaming.

Il 3MF è stato pubblicato nel 2015 dal 3MF Consortium, un gruppo avviato da Microsoft con aziende del settore stampa e CAD. Un file .3mf è un archivio ZIP, lo stesso contenitore trattato in ZIP vs RAR vs 7z. Rinominandolo in .zip si trova un file XML 3D/3dmodel.model con la mesh, un file dei tipi di contenuto, file di relazioni e spesso miniature e configurazione dello slicer. Ogni modello dichiara la propria unità (micron, millimetro, centimetro, pollice, piede o metro), quindi il problema di scala che affligge STL e OBJ semplicemente non si presenta. Colori, materiali di base, più oggetti e la loro posizione sul piano di stampa fanno parte della specifica.

La specifica richiede inoltre che le mesh siano manifold e con orientamento coerente: ogni spigolo condiviso da esattamente due triangoli, tutti rivolti verso l'esterno. Gli esportatori che rispettano le regole non possono scrivere la geometria aperta e con autointersezioni che un STL accetta senza problemi. Il supporto è ampio tra gli strumenti attuali. PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer e UltiMaker Cura leggono il 3MF, PrusaSlicer e Bambu Studio salvano l'intero progetto come .3mf con impostazioni di stampa e colori dipinti, e l'app 3D Builder di Microsoft su Windows lo apre direttamente. Il punto debole sono firmware più vecchi, portali di print farm e importatori CAD che si aspettano ancora l'STL; per questi, convertire il 3MF in STL e accettare che gli extra restino indietro.

Il formato giusto dipende da dove andrà il file, non da quale sia il più recente. Se la prossima tappa è uno slicer e il pezzo è monocolore, l'STL va bene, ed è ancora il formato che ogni forum, libreria di modelli e servizio di stampa comprende. Se la tappa successiva è un renderer, un motore di gioco o lo strumento di modellazione di un altro artista, l'OBJ conserva UV, normali e gruppi con nome che l'STL scarta, e la sua forma testuale rende facile ispezionare i problemi.

Il 3MF si giustifica quando il file contiene più della sola geometria. Una stampa multicolore dipinta in Bambu Studio, un piano con dodici pezzi disposti per un unico lavoro, un pezzo progettato in pollici o un progetto da riaprire con la stessa altezza layer e lo stesso riempimento richiedono il 3MF, perché nessun altro formato qui può contenere queste informazioni. Con più destinazioni, conservate la versione più ricca come copia master ed esportate da questa quelle più semplici con un convertitore di modelli 3D invece di concatenare le conversioni.

La maggior parte delle stampe fallite e delle importazioni difettose attribuite al formato dipende in realtà dalla mesh, o da ciò che il programma ricevente ha ipotizzato su di essa. L'STL è il più esposto perché non porta metadati che intercettino gli errori; l'OBJ condivide i problemi di scala e di file mancanti; il 3MF ne evita la maggior parte per progettazione, anche se un esportatore poco accurato può comunque scrivere una mesh difettosa. Aprite le voci qui sotto per vedere come si presenta ogni problema e da dove di solito nasce.

Le dimensioni derivano dalla struttura. L'STL binario è fissato a 50 byte per triangolo, quindi si può calcolare prima dell'esportazione. L'STL ASCII ripete ogni vertice come testo e di solito arriva da quattro a sei volte sopra il binario. L'OBJ memorizza ogni vertice condiviso una volta e vi fa riferimento con un indice, quindi per una tipica mesh chiusa risulta più piccolo dell'STL ASCII e all'incirca in linea con l'STL binario, più grande se contiene anche UV e normali. Il 3MF memorizza XML indicizzato e poi lo comprime nello ZIP, il che di solito lo rende il più piccolo dei tre a parità di geometria.

Le cifre qui sotto sono tipiche per una mesh chiusa di circa 500.000 triangoli, come una statuetta dettagliata. I file reali variano con la precisione delle coordinate e l'esportatore, quindi vanno intese come ordini di grandezza, utili quando un servizio di stampa limita i caricamenti o un STL esportato da un 3MF risulta parecchie volte più grande.

Una conversione legge i triangoli da un contenitore e li scrive in un altro. Tutto ciò che il formato di destinazione può esprimere viene trasferito; il resto va perso. Per questo da STL a OBJ non c'è perdita per la geometria, da 3MF a STL si perdono colori, unità e disposizione del piano, e da OBJ a STL si perdono texture e nomi delle parti. Negli strumenti 3D di UltKit le decisioni aggiuntive sono esplicite: Unità del modello indica al convertitore la scala della sorgente, Asse verticale gestisce la differenza tra Y verso l'alto e Z verso l'alto fra motori di gioco e slicer, e Unisci in un'unica mesh decide se le parti separate restano separate.

Ciò che nessuna conversione fa è riparare una mesh. Se un STL ha un buco, l'OBJ ottenuto ha lo stesso buco, e un esportatore 3MF lo rifiuterà oppure lo scriverà comunque. La riparazione è un passaggio separato in uno strumento per mesh o nel riparatore integrato dello slicer, e conviene farla una volta sola, nel file master, prima di esportare qualsiasi altra versione. Lo stesso vale per la scala: la conversione non può sapere che un pezzo era in pollici se non glielo si dice. Anche il dettaglio funziona così: un STL a basso numero di poligoni diventa un OBJ o 3MF a basso numero di poligoni, quindi se la qualità conta esportate di nuovo dal modello sorgente.

Altri due formati saltano fuori ogni volta che si pone questa domanda. STEP (ISO 10303) memorizza solidi e superfici esatti invece di triangoli, quindi è il formato da usare quando un pezzo deve tornare in Fusion 360, SolidWorks o FreeCAD per essere modificato. GLB, la forma binaria del glTF 2.0 del Khronos Group, riunisce in un unico file una mesh con materiali e texture, in metri, ed è il formato per mostrare un modello sul web o nella AR di Android.

Per i tre formati trattati in questo articolo, la tabella qui sotto riassume la scelta in base alla destinazione. Se due righe vanno bene, scegliete il formato che contiene più informazioni ed esportate dopo quello più semplice; passare da 3MF a STL è facile, mentre ricostruire colori o unità perduti è un lavoro manuale.