STL, OBJ ali 3MF: kateri format 3D datoteke izbrati?

STL so leta 1987 zasnovali za prve stereolitografske naprave podjetja 3D Systems in to se pozna na zasnovi. Datoteka je preprost seznam trikotnikov, vsak je opisan z normalo ploskve in tremi oglišči. Skupne tabele oglišč ni, zato se oglišče, ki se dotika šestih trikotnikov, zapiše šestkrat. Polja za enoto prav tako ni: koordinata 25 lahko pomeni milimetre, palce ali metre, skoraj vsi slicerji pa predvidevajo milimetre. Barva, tekstura in imena delov v osnovnem formatu nimajo mesta, zato ga še vedno berejo vsi slicerji, CAD-programi in tiskarske storitve.

STL obstaja v dveh zapisih. ASCII STL vse izpiše kot besedilo, z vrsticami, kot so facet normal, outer loop in vertex 12.5 0 3.2, zato ga lahko odprete v urejevalniku besedila in preberete števila. Binarni STL se začne z 80-bajtno glavo in 4-bajtnim številom trikotnikov, nato vsak trikotnik shrani kot dvanajst 4-bajtnih števil s plavajočo vejico in 2-bajtno polje atributov: natanko 50 bajtov na trikotnik. Zato je velikost lahko predvideti. Model z milijon trikotniki ima v binarni obliki okoli 50 MB, ASCII različica iste mreže pa je običajno štiri- do šestkrat večja, ker vsaka števka postane znak.

Preprostost je hkrati prednost in past. STL ne pove, ali je bil mišljen kot en del ali trije, ali je bil izvožen v palcih ali ali trikotniki res obdajajo polno telo. Slicer to ugiba iz surovih koordinat, in ko zgreši, dobite del, ki je 25,4-krat premajhen, ali manjkajočo steno. Za enobarven del, ki ste ga sami oblikovali in izvozili v milimetrih, nič od tega ni pomembno, STL pa ostaja format, ki ga je najmanj verjetno zavrnjen.

OBJ izvira iz podjetja Wavefront Technologies, katerega programska oprema Advanced Visualizer ga je uporabljala konec osemdesetih let, v devetdesetih pa se je razširil kot besedilni format, ki ga lahko izmenjuje skoraj vsak 3D-program. Za razliko od STL hrani seznam oglišč in ploskve gradi iz indeksov, zato je skupno oglišče shranjeno enkrat, ploskve pa so lahko trikotniki, štirikotniki ali večji poligoni. Vrstice, ki se začnejo z v, vsebujejo položaje, vt koordinate tekstur (UV), vn normale in f ploskve. Skupine (g) in objekti (o) poimenujejo dele, zato OBJ prestane izmenjavo z Blenderjem, Mayo ali ZBrushem z ohranjeno strukturo.

Videz je zunaj datoteke .obj. Vrstica mtllib navede spremljevalno datoteko .mtl, vrstice usemtl pa ploskvam dodelijo materiale. Datoteka .mtl hrani barve, kot je Kd (difuzna), in kaže na slike tekstur z vnosi, kot je map_Kd wood.png. Teksturiran OBJ so zato vsaj tri datoteke: geometrija, knjižnica materialov in ena ali več slik, vse povezane z relativno potjo. Če pošljete samo .obj, prejemnik vidi sivi model. Ta ločitev je uporabna v igričarskih in VFX-delotokih, kjer umetniki zamenjajo teksture, ne da bi se dotaknili geometrije, hkrati pa je najpogostejši razlog, da preneseni model izgleda napačno.

OBJ ima enako slepo pego pri merilu kot STL: hrani gola števila brez enote. Večina orodij za modeliranje zapiše metre ali centimetre, slicerji pa berejo milimetre, zato lahko OBJ iz trgovine z igričarskimi sredstvi prispe z napako 10- ali 1.000-krat. Za tisk OBJ ne doda ničesar, kar bi slicer uporabil, razen barve po oglišču v nekaterih orodjih, zato je pri tiskanju umetniškega modela običajno najpreprosteje obdržati teksture za upodabljanje in slicerju poslati čisto mrežo. V nasprotno smer je pretvorba STL v OBJ najkrajša pot iz tiskalnega modela v delotok upodabljanja ali iger.

3MF je leta 2015 objavil 3MF Consortium, skupina, ki jo je ustanovil Microsoft skupaj s podjetji iz industrije tiska in CAD. Datoteka .3mf je arhiv ZIP, isti vsebnik, kot je opisan v članku ZIP proti RAR proti 7z. Če jo preimenujete v .zip, najdete datoteko XML 3D/3dmodel.model z mrežo, datoteko vrst vsebine, datoteke odnosov ter pogosto sličice in konfiguracijo slicerja. Vsak model navede svojo enoto (mikron, milimeter, centimeter, palec, čevelj ali meter), zato težave z merilom, ki pesti STL in OBJ, preprosto ni. Barve, osnovni materiali, več objektov in njihova razporeditev na tiskalni plošči so del specifikacije.

Specifikacija zahteva tudi, da so mreže mnogoterne in dosledno usmerjene: vsak rob si deli natanko dva trikotnika, vsi pa so obrnjeni navzven. Izvozniki, ki upoštevajo pravila, ne morejo zapisati odprte geometrije s samoprekrivanjem, ki jo STL brez težav prenaša. Podpora med sodobnimi orodji je široka. PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer in UltiMaker Cura berejo 3MF, PrusaSlicer in Bambu Studio shranita celoten projekt kot .3mf z nastavitvami tiska in poslikanimi barvami, Microsoftova aplikacija 3D Builder v sistemu Windows pa ga odpre neposredno. Šibka točka so starejša strojna programska oprema, portali tiskarskih farm in CAD-uvozniki, ki še vedno pričakujejo STL; za te pretvorite 3MF v STL in sprijaznite se, da dodatki ostanejo za vami.

Pravi format je odvisen od tega, kam gre datoteka naprej, ne od tega, kateri je novejši. Če je naslednja postaja slicer in je del enobarven, je STL povsem v redu in ga še vedno razumejo vsi forumi, knjižnice modelov in tiskarske storitve. Če je naslednja postaja program za upodabljanje, igralni pogon ali modelirno orodje drugega umetnika, OBJ ohrani UV-je, normale in poimenovane skupine, ki jih STL zavrže, njegova besedilna oblika pa omogoča preprost pregled težav.

3MF upraviči svoje mesto, ko datoteka nosi več kot geometrijo. Večbarvni tisk, poslikan v Bambu Studiu, plošča z dvanajstimi deli, razporejenimi za eno opravilo, del, oblikovan v palcih, ali projekt, ki ga želite znova odpreti z isto višino plasti in zapolnitvijo, vse to zahteva 3MF, ker noben drug format tukaj ne more hraniti teh podatkov. Če datoteko pošiljate na več destinacij, obdržite najbogatejšo različico kot glavno kopijo in iz nje izvozite preprostejše s pretvornikom 3D modelov, namesto da bi pretvorbe verižili.

Večina spodletelih tiskov in pokvarjenih uvozov, ki jih pripisujejo formatu, so v resnici težave v mreži ali v tem, kar je prejemni program predpostavil o njej. STL je najbolj izpostavljen, ker ne nosi metapodatkov za odkrivanje napak; OBJ ima enaki težavi z merilom in manjkajočimi datotekami; 3MF se jim večinoma izogne že po zasnovi, čeprav lahko površen izvoznik še vedno zapiše slabo mrežo. Odprite spodnje vrstice, da vidite, kako se posamezna napaka kaže in od kod običajno izvira.

Velikost izhaja iz strukture. Binarni STL je določen na 50 bajtov na trikotnik, zato ga lahko izračunate pred izvozom. ASCII STL vsako oglišče ponovi kot besedilo in običajno je štiri- do šestkrat večji od binarnega. OBJ vsako skupno oglišče shrani enkrat in se nanj sklicuje z indeksom, zato je pri tipični zaprti mreži manjši od ASCII STL in približno na ravni binarnega STL, večji pa je, če nosi tudi UV-je in normale. 3MF shrani indeksiran XML in ga nato stisne v ZIP-u, zato je za isto geometrijo običajno najmanjši od vseh treh.

Spodnje vrednosti so tipične za zaprto mrežo s približno 500.000 trikotniki, na primer podrobno figurico. Dejanske datoteke se razlikujejo glede na natančnost koordinat in izvoznik, zato jih obravnavajte kot velikostne rede, uporabne, ko tiskarska storitev omejuje nalaganje ali je STL, izvožen iz 3MF, nekajkrat večji.

Pretvorba prebere trikotnike iz enega vsebnika in jih zapiše v drugega. Vse, kar ciljni format lahko izrazi, se prenese; vse, česar ne more, se izgubi. Zato je pretvorba STL v OBJ za geometrijo brez izgub, 3MF v STL izgubi barve, enote in razporeditev plošče, OBJ v STL pa teksture in imena delov. V 3D-orodjih UltKit so dodatne odločitve izrecne: Enote modela pretvorniku sporočijo, katero merilo uporablja vir, Navpična os rešuje razliko med osjo Y navzgor in osjo Z navzgor med igralnimi pogoni in slicerji, Združi v eno mrežo pa določa, ali ločeni deli ostanejo ločeni.

Česar nobena pretvorba ne naredi, je popravilo mreže. Če ima STL luknjo, jo ima tudi OBJ, ki ga iz njega naredite, izvoznik 3MF pa jo bo bodisi zavrnil bodisi vseeno zapisal. Popravilo je ločen korak v orodju za mreže ali vgrajenem popravljalniku slicerja in ga je najbolje opraviti enkrat, v glavni datoteki, preden izvozite karkoli drugega. Enako velja za merilo: pretvorba ne more vedeti, da je bil del mišljen v palcih, če ji tega ne poveste. Podrobnost deluje podobno: STL z malo poligoni postane OBJ ali 3MF z malo poligoni, zato ob pomembni kakovosti znova izvozite iz izvornega modela.

Pri tem vprašanju se vedno pojavita še dva formata. STEP (ISO 10303) hrani natančna telesa in površine namesto trikotnikov, zato je pravi format, kadar se mora del vrniti v Fusion 360, SolidWorks ali FreeCAD za urejanje. GLB, binarna oblika formata glTF 2.0 skupine Khronos, zapakira mrežo z materiali in teksturami v eno datoteko v metrih in je format za prikaz modela na spletu ali v AR na Androidu.

Za tri formate, ki jih obravnava ta članek, spodnja tabela povzema izbiro glede na cilj. Če ustrezata dve vrstici, izberite format, ki nosi več informacij, in preprostejšega izvozite pozneje; pretvorba iz 3MF v STL je enostavna, ponovna izdelava izgubljenih barv ali enot pa je ročno delo.