STL vs OBJ vs 3MF: ktorý 3D formát použiť?

STL vznikol v roku 1987 pre prvé stereolitografické stroje 3D Systems a jeho návrh o tom svedčí. Súbor je plochý zoznam trojuholníkov, z ktorých každý popisuje normála plôšky a tri rohové body. Neexistuje spoločná tabuľka vrcholov, takže roh, ktorý sa dotýka šiestich trojuholníkov, sa zapíše šesťkrát. Chýba aj pole pre jednotku: súradnica 25 môže znamenať milimetre, palce alebo metre a takmer každý slicer predpokladá milimetre. Farba, textúra a názvy častí v základnom formáte nemajú miesto, a preto ho dodnes číta každý slicer, CAD program aj tlačová služba.

STL existuje v dvoch kódovaniach. ASCII STL zapisuje všetko textom, riadkami ako facet normal, outer loop a vertex 12.5 0 3.2, takže ho otvoríte v textovom editore a čísla si prečítate. Binárny STL začína 80-bajtovou hlavičkou a 4-bajtovým počtom trojuholníkov, potom ukladá každý trojuholník ako dvanásť 4-bajtových desatinných čísel plus 2-bajtové pole atribútu: presne 50 bajtov na trojuholník. Vďaka tomu sa veľkosť dá ľahko odhadnúť. Model s miliónom trojuholníkov má v binárnej podobe asi 50 MB a ASCII verzia tej istej siete je typicky štyri až šesťkrát väčšia, lebo každá číslica je znak.

Jednoduchosť je silnou stránkou aj pascou. Z STL sa nedá zistiť, či mal ísť o jednu časť alebo tri, či bol exportovaný v palcoch, ani či trojuholníky skutočne uzatvárajú teleso. Slicer to musí odvodiť zo surových súradníc, a keď tipne zle, dostanete časť 25,4-krát menšiu alebo chýbajúcu stenu. Pri jednofarebnej časti, ktorú ste navrhli sami a exportovali v milimetroch, na tom nezáleží a STL zostáva formátom, ktorý sa najmenej pravdepodobne odmietne.

OBJ pochádza z Wavefront Technologies, ktorej softvér Advanced Visualizer ho používal koncom 80. rokov, a v 90. rokoch sa rozšíril ako textový formát, ktorý vedel vymieňať takmer každý 3D program. Na rozdiel od STL uchováva zoznam vrcholov a plôšky skladá z indexov, takže spoločný roh je uložený raz, a plôšky môžu byť trojuholníky, štvoruholníky alebo väčšie polygóny. Riadky začínajúce v obsahujú polohy, vt súradnice textúr (UV), vn normály a f plôšky. Skupiny (g) a objekty (o) pomenúvajú časti, takže OBJ prežije prenos cez Blender, Maya či ZBrush so zachovanou štruktúrou.

Vzhľad je mimo súboru .obj. Riadok mtllib uvádza sprievodný súbor .mtl a riadky usemtl priraďujú materiály plôškam. Súbor .mtl ukladá farby, napríklad Kd (difúzna), a odkazuje na obrázky textúr záznamami ako map_Kd wood.png. Texturovaný OBJ tak tvoria aspoň tri súbory: geometria, knižnica materiálov a jeden či viac obrázkov, všetko prepojené relatívnymi cestami. Ak pošlete iba .obj, príjemca uvidí sivý model. Toto oddelenie je užitočné v herných a VFX pipeline, kde umelci menia textúry bez zásahu do geometrie, a je to zároveň najčastejší dôvod, prečo stiahnutý model vyzerá zle.

OBJ má rovnakú slabinu ako STL pri mierke: ukladá holé čísla bez jednotky. Väčšina modelárskych nástrojov zapisuje metre alebo centimetre, zatiaľ čo slicery čítajú milimetre, takže OBJ z obchodu s herným obsahom môže mať mierku 10- alebo 1 000-krát vedľa. Pre tlač OBJ nepridáva nič, čo by slicer využil, okrem farieb vrcholov v niektorých nástrojoch, takže ak chcete tlačiť umelecký asset, zvyčajne je najjednoduchšie nechať textúry na renderovanie a slicer dostane čistú sieť. Opačným smerom je prevod STL na OBJ najkratšou cestou z tlačového modelu do renderovania alebo herného workflow.

3MF vydalo v roku 2015 konzorcium 3MF Consortium, ktoré založil Microsoft spolu s firmami z tlačového a CAD priemyslu. Súbor .3mf je archív ZIP, rovnaký kontajner, o akom pojednáva článok ZIP vs RAR vs 7z. Ak ho premenujete na .zip, nájdete súbor XML 3D/3dmodel.model so sieťou, súbor typov obsahu, súbory vzťahov a často miniatúry a konfiguráciu slicera. Každý model deklaruje jednotku (mikrón, milimeter, centimeter, palec, stopa alebo meter), takže problém s mierkou, ktorý trápi STL a OBJ, tu jednoducho nevzniká. Farby, základné materiály, viac objektov a ich rozloženie na tlačovej platni sú súčasťou špecifikácie.

Špecifikácia tiež vyžaduje, aby siete boli manifold a konzistentne orientované: každá hrana patrí presne dvom trojuholníkom a všetky smerujú von. Exportéry, ktoré pravidlá dodržiavajú, nemôžu zapísať otvorenú ani sebaprenikajúcu geometriu, akú STL bez problémov prenáša. Podpora medzi súčasnými nástrojmi je široká. PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer a UltiMaker Cura čítajú 3MF, PrusaSlicer a Bambu Studio ukladajú celý projekt ako .3mf vrátane nastavení tlače a vyfarbených oblastí a aplikácia Microsoft 3D Builder vo Windowse ho otvorí priamo. Slabým miestom sú starší firmvér, portály tlačových fariem a CAD importéry, ktoré stále čakajú STL; pre ne previeste 3MF na STL a zmierte sa s tým, že doplnky ostanú pozadu.

Správny formát závisí od toho, kam súbor pôjde ďalej, nie od toho, ktorý je novší. Ak je ďalšou zastávkou slicer a časť je jednofarebná, STL stačí a stále je to formát, ktorému rozumie každé fórum, knižnica modelov aj tlačová služba. Ak je ďalšou zastávkou renderer, herný engine alebo modelovací nástroj iného umelca, OBJ zachová UV, normály a pomenované skupiny, ktoré STL zahodí, a jeho textová podoba uľahčuje kontrolu problémov.

3MF sa vyplatí, keď súbor nesie viac než geometriu. Viacfarebná tlač vyfarbená v Bambu Studio, platňa s dvanástimi časťami pripravená na jednu tlač, časť navrhnutá v palcoch alebo projekt, ktorý chcete znova otvoriť s rovnakou výškou vrstvy a výplňou, to všetko vyžaduje 3MF, pretože žiadny iný formát tu takú informáciu neuchová. Ak súbor smeruje na viac miest, ponechajte najbohatšiu verziu ako hlavnú kópiu a jednoduchšie z nej exportujte pomocou konvertora 3D modelov namiesto reťazenia prevodov.

Väčšina neúspešných tlačí a chybných importov, ktoré sa pripisujú formátu, sú v skutočnosti problémy siete alebo toho, čo o nej predpokladal prijímajúci program. STL je najviac vystavený, lebo nenesie metadáta, ktoré by chyby zachytili; OBJ zdieľa problémy s mierkou a chýbajúcimi súbormi; 3MF sa väčšiny z nich vyhýba už návrhom, hoci nedbanlivý exportér môže stále zapísať zlú sieť. V riadkoch nižšie nájdete, ako každá chyba vyzerá a odkiaľ zvyčajne pochádza.

Veľkosť vyplýva zo štruktúry. Binárny STL má pevných 50 bajtov na trojuholník, takže ju viete vypočítať pred exportom. ASCII STL opakuje každý roh ako text a zvyčajne je štyri až šesťkrát väčší než binárny. OBJ ukladá každý spoločný vrchol raz a odkazuje naň indexom, takže pri typickej uzavretej sieti vychádza menší než ASCII STL a zhruba v rozsahu binárneho STL, väčší, ak nesie aj UV a normály. 3MF ukladá indexované XML a potom ho v ZIP-e komprimuje, čo z neho pri rovnakej geometrii zvyčajne robí najmenší z troch.

Čísla nižšie sú typické pre uzavretú sieť s asi 500 000 trojuholníkmi, napríklad detailnú figúrku. Skutočné súbory sa líšia podľa presnosti súradníc a exportéra, preto ich berte ako rádové odhady, užitočné, keď tlačová služba obmedzuje nahrávanie alebo STL exportovaný z 3MF vyjde niekoľkonásobne väčší.

Prevod načíta trojuholníky z jedného kontajnera a zapíše ich do iného. Všetko, čo cieľový formát vie vyjadriť, sa prenesie; čo nevie, sa zahodí. Preto je STL na OBJ bezstratový pre geometriu, 3MF na STL stratí farby, jednotky a rozloženie platne a OBJ na STL stratí textúry a názvy častí. V 3D nástrojoch UltKit sú ďalšie rozhodnutia explicitné: Jednotky modelu určujú konvertoru, akú mierku zdroj používa, Zvislá os rieši rozdiel medzi Y-up a Z-up v herných enginoch a slicerech a Zlúčiť do jednej siete rozhoduje, či samostatné časti zostanú oddelené.

Čo žiadny prevod nerobí, je oprava siete. Ak má STL dieru, OBJ z neho vytvorený má tú istú dieru a exportér 3MF ju buď odmietne, alebo napriek tomu zapíše. Oprava je samostatný krok v nástroji na siete alebo vo vstavanom opravári slicera a najlepšie ju urobiť raz, v hlavnom súbore, skôr než exportujete čokoľvek ďalšie. To isté platí pre mierku: prevod nemôže vedieť, že časť mala byť v palcoch, ak mu to nepoviete. Rovnako je to s detailom: STL s malým počtom polygónov sa stane OBJ alebo 3MF s malým počtom polygónov, preto pri nárokoch na kvalitu exportujte znova zo zdrojového modelu.

Pri tejto otázke sa vždy objavia ešte dva ďalšie formáty. STEP (ISO 10303) ukladá presné telesá a plochy namiesto trojuholníkov, takže je to formát, keď sa časť musí vrátiť do Fusion 360, SolidWorks alebo FreeCAD na úpravy. GLB, binárna podoba formátu glTF 2.0 od Khronos Group, zbaľuje sieť s materiálmi a textúrami do jedného súboru v metroch a je formátom na zobrazenie modelu na webe alebo v Android AR.

Pre tri formáty, ktorým sa článok venuje, tabuľka nižšie zhŕňa voľbu podľa cieľa. Ak sedia dva riadky, vyberte formát, ktorý nesie viac informácií, a jednoduchší exportujte neskôr; z 3MF do STL je to jednoduché, kým obnovovať stratené farby alebo jednotky je ručná práca.