STL vs OBJ vs 3MF: ควรใช้ไฟล์ 3D ฟอร์แมตไหนดี

STL ถูกสร้างขึ้นในปี 1987 สำหรับเครื่องสเตอริโอลิโทกราฟีรุ่นแรกของ 3D Systems และการออกแบบก็สะท้อนที่มาดังกล่าว ไฟล์คือรายการสามเหลี่ยมแบบแบน แต่ละอันอธิบายด้วยนอร์มัลของหน้าและจุดมุมสามจุด ไม่มีตารางจุดยอดร่วม มุมที่ติดกับสามเหลี่ยมหกอันจึงถูกเขียนซ้ำหกครั้ง ไม่มีช่องระบุหน่วยด้วย ค่าพิกัด 25 อาจหมายถึงมิลลิเมตร นิ้ว หรือเมตร และสไลเซอร์เกือบทุกตัวเดาว่าเป็นมิลลิเมตร สี เท็กซ์เจอร์ และชื่อชิ้นส่วนไม่มีที่ในฟอร์แมตหลัก ซึ่งเป็นเหตุผลที่สไลเซอร์ โปรแกรม CAD และบริการพิมพ์ทุกแห่งยังอ่านได้

STL มีการเข้ารหัสสองแบบ ASCII STL เขียนทุกอย่างเป็นข้อความ เช่นบรรทัด facet normal, outer loop และ vertex 12.5 0 3.2 จึงเปิดด้วยโปรแกรมแก้ไขข้อความและอ่านตัวเลขได้ ส่วน STL แบบไบนารีเริ่มด้วยเฮดเดอร์ 80 ไบต์และจำนวนสามเหลี่ยม 4 ไบต์ จากนั้นเก็บแต่ละสามเหลี่ยมเป็นเลขทศนิยม 4 ไบต์ 12 ค่า บวกฟิลด์แอตทริบิวต์ 2 ไบต์ รวม 50 ไบต์ต่อสามเหลี่ยมพอดี กฎนี้ทำให้คาดเดาขนาดไฟล์ได้ง่าย โมเดลหนึ่งล้านสามเหลี่ยมมีขนาดราว 50 MB แบบไบนารี ส่วนเมชเดียวกันแบบ ASCII มักใหญ่กว่า 4–6 เท่า เพราะทุกตัวเลขกลายเป็นตัวอักษร

ความเรียบง่ายเป็นทั้งจุดแข็งและกับดัก STL บอกไม่ได้ว่าตั้งใจให้เป็นหนึ่งชิ้นหรือสามชิ้น ส่งออกเป็นนิ้วหรือไม่ หรือสามเหลี่ยมปิดเป็นทรงตันจริงหรือเปล่า สไลเซอร์ต้องคำนวณจากพิกัดดิบ และเมื่อเดาผิดก็จะได้ชิ้นงานเล็กลง 25.4 เท่า หรือผนังหายไป สำหรับชิ้นงานสีเดียวที่ออกแบบเองและส่งออกเป็นมิลลิเมตร เรื่องเหล่านี้ไม่มีผล และ STL ยังเป็นฟอร์แมตที่ถูกปฏิเสธน้อยที่สุด

OBJ มาจาก Wavefront Technologies ซึ่งซอฟต์แวร์ Advanced Visualizer ใช้ฟอร์แมตนี้ในปลายทศวรรษ 1980 และแพร่หลายตลอดทศวรรษ 1990 ในฐานะฟอร์แมตข้อความล้วนที่โปรแกรม 3D เกือบทุกตัวแลกเปลี่ยนได้ ต่างจาก STL ตรงที่มีรายการจุดยอดและสร้างหน้าจากดัชนี จุดมุมร่วมจึงเก็บครั้งเดียว และหน้าอาจเป็นสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม หรือโพลิกอนที่ใหญ่กว่า บรรทัดที่ขึ้นต้นด้วย v เก็บตำแหน่ง vt เก็บพิกัดเท็กซ์เจอร์ (UV) vn เก็บนอร์มัล และ f เก็บหน้า กลุ่ม (g) และวัตถุ (o) ตั้งชื่อชิ้นส่วน OBJ จึงคงโครงสร้างไว้ได้เมื่อส่งผ่าน Blender, Maya หรือ ZBrush

ลักษณะผิวอยู่นอกไฟล์ .obj บรรทัด mtllib ระบุไฟล์ .mtl ที่มาคู่กัน และบรรทัด usemtl กำหนดวัสดุให้กับหน้า ไฟล์ .mtl เก็บสี เช่น Kd (สีกระจาย) และชี้ไปยังรูปเท็กซ์เจอร์ด้วยรายการอย่าง map_Kd wood.png OBJ ที่มีเท็กซ์เจอร์จึงมีอย่างน้อยสามไฟล์ คือรูปทรง ไลบรารีวัสดุ และรูปภาพหนึ่งไฟล์ขึ้นไป โดยอ้างอิงด้วยพาธสัมพัทธ์ หากส่งเฉพาะ .obj ผู้รับจะเห็นโมเดลสีเทา การแยกนี้มีประโยชน์ในงานเกมและ VFX ที่ศิลปินสลับเท็กซ์เจอร์โดยไม่แตะรูปทรง และเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่โมเดลที่ดาวน์โหลดมาดูผิดเพี้ยน

OBJ มีจุดบอดเรื่องสเกลเหมือน STL คือเก็บตัวเลขล้วนโดยไม่มีหน่วย เครื่องมือโมเดลส่วนใหญ่เขียนเป็นเมตรหรือเซนติเมตร ขณะที่สไลเซอร์อ่านเป็นมิลลิเมตร OBJ จากร้านขายแอสเซ็ตเกมจึงอาจคลาดเคลื่อน 10 หรือ 1,000 เท่า สำหรับการพิมพ์ OBJ ไม่ได้เพิ่มอะไรที่สไลเซอร์ใช้ นอกจากสีรายจุดยอดในบางโปรแกรม ดังนั้นหากต้องพิมพ์แอสเซ็ตงานศิลป์ มักง่ายที่สุดที่จะเก็บเท็กซ์เจอร์ไว้สำหรับเรนเดอร์ และส่งเมชที่สะอาดให้สไลเซอร์ ในทางกลับกัน การแปลง STL เป็น OBJ เป็นทางลัดที่สุดจากโมเดลสำหรับพิมพ์ไปสู่งานเรนเดอร์หรือเกม

3MF เผยแพร่ในปี 2015 โดย 3MF Consortium กลุ่มที่ Microsoft ริเริ่มร่วมกับบริษัทในอุตสาหกรรมการพิมพ์และ CAD ไฟล์ .3mf คือไฟล์ ZIP ซึ่งเป็นคอนเทนเนอร์เดียวกับที่กล่าวถึงใน ZIP vs RAR vs 7z เมื่อเปลี่ยนชื่อเป็น .zip จะพบไฟล์ XML 3D/3dmodel.model ที่เก็บเมช ไฟล์ content-types ไฟล์ความสัมพันธ์ และมักมีภาพขนาดย่อกับค่าตั้งค่าของสไลเซอร์ ทุกโมเดลระบุหน่วยของตัวเอง (ไมครอน มิลลิเมตร เซนติเมตร นิ้ว ฟุต หรือเมตร) ปัญหาสเกลที่รบกวน STL และ OBJ จึงไม่เกิดขึ้น สี วัสดุพื้นฐาน หลายวัตถุ และตำแหน่งบนแผ่นพิมพ์ล้วนเป็นส่วนหนึ่งของข้อกำหนด

ข้อกำหนดยังกำหนดให้เมชเป็นแมนิโฟลด์และมีทิศทางสม่ำเสมอ คือทุกขอบใช้ร่วมกันโดยสามเหลี่ยมสองอันพอดี และทุกอันหันออกด้านนอก ตัวส่งออกที่ทำตามกฎจึงเขียนรูปทรงที่เปิดหรือตัดกันเองแบบที่ STL ยอมรับได้ไม่ได้ เครื่องมือปัจจุบันรองรับอย่างกว้างขวาง PrusaSlicer, Bambu Studio, OrcaSlicer และ UltiMaker Cura อ่าน 3MF ได้ PrusaSlicer และ Bambu Studio บันทึกโปรเจกต์ทั้งหมดเป็น .3mf พร้อมการตั้งค่าการพิมพ์และสีที่ระบายไว้ และแอป 3D Builder ของ Microsoft บน Windows เปิดได้โดยตรง จุดอ่อนคือเฟิร์มแวร์รุ่นเก่า พอร์ทัลฟาร์มพิมพ์ และตัวนำเข้า CAD ที่ยังต้องการ STL สำหรับกรณีนี้ให้ แปลง 3MF เป็น STL และยอมรับว่าข้อมูลส่วนเพิ่มจะหายไป

ฟอร์แมตที่เหมาะขึ้นอยู่กับว่าไฟล์จะไปที่ไหนต่อ ไม่ใช่ว่าฟอร์แมตไหนใหม่กว่า หากปลายทางคือสไลเซอร์และชิ้นงานเป็นสีเดียว STL ก็เพียงพอ และยังเป็นฟอร์แมตที่ทุกฟอรัม คลังโมเดล และบริการพิมพ์เข้าใจ หากปลายทางคือโปรแกรมเรนเดอร์ เกมเอนจิน หรือเครื่องมือโมเดลของศิลปินอีกคน OBJ เก็บ UV นอร์มัล และกลุ่มที่ตั้งชื่อไว้ซึ่ง STL ทิ้งไป และรูปแบบข้อความทำให้ตรวจหาปัญหาได้ง่าย

3MF มีที่ของมันเมื่อไฟล์เก็บมากกว่ารูปทรง งานพิมพ์หลายสีที่ระบายใน Bambu Studio แผ่นพิมพ์ที่จัดวางสิบสองชิ้นสำหรับงานเดียว ชิ้นงานที่ออกแบบเป็นนิ้ว หรือโปรเจกต์ที่ต้องการเปิดซ้ำด้วยความสูงชั้นและอินฟิลเดิม ล้วนต้องใช้ 3MF เพราะไม่มีฟอร์แมตอื่นในที่นี้เก็บข้อมูลนั้นได้ หากต้องส่งไปหลายปลายทาง ให้เก็บเวอร์ชันที่ข้อมูลครบที่สุดไว้เป็นต้นฉบับ แล้วส่งออกเวอร์ชันที่เรียบง่ายกว่าจากไฟล์นั้นด้วย ตัวแปลงโมเดล 3D แทนการแปลงต่อกันเป็นทอด ๆ

งานพิมพ์ที่ล้มเหลวและการนำเข้าไฟล์ที่มีปัญหา ซึ่งมักถูกโทษว่าเป็นเพราะฟอร์แมต ส่วนใหญ่เกิดจากตัวเมชเอง หรือจากสิ่งที่โปรแกรมปลายทางสันนิษฐานไว้เกี่ยวกับเมช STL เสี่ยงที่สุดเพราะไม่มีเมทาดาทาไว้ช่วยตรวจจับข้อผิดพลาด OBJ มีปัญหาเรื่องสเกลและไฟล์ที่หายไปเช่นเดียวกัน ส่วน 3MF ป้องกันปัญหาเหล่านี้ได้เกือบทั้งหมดตามการออกแบบ แม้ว่าโปรแกรมที่ส่งออกอย่างไม่ระมัดระวังอาจเขียนเมชที่เสียได้ เปิดแต่ละแถวด้านล่างเพื่อดูว่าความผิดพลาดแต่ละแบบมีลักษณะอย่างไรและมักมาจากไหน

ขนาดไฟล์ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง Binary STL กำหนดไว้ที่ 50 ไบต์ต่อสามเหลี่ยม จึงคำนวณขนาดได้ก่อนส่งออก ASCII STL เขียนซ้ำทุกมุมเป็นข้อความ โดยทั่วไปใหญ่กว่า binary ประมาณสี่ถึงหกเท่า OBJ เก็บแต่ละจุดยอดที่ใช้ร่วมกันเพียงครั้งเดียวแล้วอ้างอิงด้วยดัชนี เมชปิดทั่วไปจึงเล็กกว่า ASCII STL และอยู่ในช่วงใกล้เคียง binary STL แต่จะใหญ่ขึ้นหากมี UV และนอร์มัลด้วย 3MF เก็บ XML แบบมีดัชนีแล้วบีบอัดภายใน ZIP จึงมักเล็กที่สุดในสามฟอร์แมตสำหรับรูปทรงเดียวกัน

ตัวเลขด้านล่างเป็นค่าทั่วไปของเมชปิดที่มีประมาณ 500,000 สามเหลี่ยม เช่น ฟิกเกอร์ที่มีรายละเอียดสูง ไฟล์จริงจะต่างกันไปตามความละเอียดของพิกัดและโปรแกรมที่ส่งออก ให้ถือเป็นเพียงลำดับความใหญ่ ใช้ประโยชน์เมื่อบริการพิมพ์จำกัดขนาดอัปโหลด หรือเมื่อ STL ที่ส่งออกจาก 3MF มีขนาดใหญ่ขึ้นหลายเท่า

การแปลงไฟล์คืออ่านสามเหลี่ยมจากคอนเทนเนอร์หนึ่งแล้วเขียนลงอีกคอนเทนเนอร์หนึ่ง สิ่งที่ฟอร์แมตปลายทางรองรับจะถูกนำไปด้วย สิ่งที่ไม่รองรับจะหายไป ด้วยเหตุนี้ STL เป็น OBJ จึงไม่สูญเสียรูปทรง 3MF เป็น STL จะสูญเสียสี หน่วย และการจัดวางบนแท่นพิมพ์ ส่วน OBJ เป็น STL จะสูญเสียเท็กซ์เจอร์และชื่อชิ้นส่วน ในเครื่องมือ 3D ของ UltKit การตัดสินใจเพิ่มเติมเหล่านี้ระบุไว้ชัดเจน: หน่วยของโมเดล บอกตัวแปลงว่าไฟล์ต้นทางใช้สเกลใด แกนด้านบน จัดการความต่างระหว่าง Y-up กับ Z-up ของเกมเอนจินและสไลเซอร์ และ รวมเป็นเมชเดียว กำหนดว่าชิ้นส่วนที่แยกกันจะยังแยกอยู่หรือไม่

สิ่งที่การแปลงไฟล์ไม่ทำคือซ่อมเมช ถ้า STL มีรู OBJ ที่สร้างจากไฟล์นั้นก็มีรูเหมือนกัน และตัวส่งออก 3MF จะปฏิเสธหรือเขียนทั้งที่มีรูก็ได้ การซ่อมเป็นขั้นตอนแยกต่างหากในเครื่องมือเมชหรือตัวซ่อมในสไลเซอร์ และควรทำครั้งเดียวในไฟล์ต้นแบบก่อนส่งออกเป็นฟอร์แมตอื่น สเกลก็เช่นกัน การแปลงไม่มีทางรู้ว่าชิ้นงานตั้งใจให้เป็นนิ้ว เว้นแต่คุณจะบอก รายละเอียดก็เป็นแบบเดียวกัน STL โพลีกอนต่ำจะกลายเป็น OBJ หรือ 3MF โพลีกอนต่ำ หากคุณภาพสำคัญให้ส่งออกใหม่จากโมเดลต้นฉบับ

มีอีกสองฟอร์แมตที่มักถูกพูดถึงเมื่อมีคำถามนี้ STEP (ISO 10303) เก็บของแข็งและพื้นผิวที่แม่นยำแทนสามเหลี่ยม จึงเป็นฟอร์แมตที่ควรใช้เมื่อชิ้นงานต้องกลับเข้า Fusion 360, SolidWorks หรือ FreeCAD เพื่อแก้ไข ส่วน GLB ซึ่งเป็นรูปแบบไบนารีของ glTF 2.0 จาก Khronos Group รวมเมชพร้อมวัสดุและเท็กซ์เจอร์ไว้ในไฟล์เดียวโดยใช้หน่วยเมตร เหมาะสำหรับแสดงโมเดลบนเว็บหรือใน AR บน Android

สำหรับสามฟอร์แมตที่บทความนี้กล่าวถึง ตารางด้านล่างสรุปการเลือกตามปลายทาง หากเข้ากับหลายแถว ให้เลือกฟอร์แมตที่เก็บข้อมูลได้มากกว่า แล้วค่อยส่งออกแบบที่เรียบง่ายกว่าภายหลัง การแปลงจาก 3MF เป็น STL ทำได้ง่าย แต่การสร้างสีหรือหน่วยที่หายไปกลับคืนต้องทำด้วยมือ