STL、OBJ与3MF对比：3D文件格式该选哪个？

STL 诞生于 1987 年，是为 3D Systems 的首批立体光固化设备设计的，从它的结构上就能看出这一点。文件就是一份平铺的三角形列表，每个三角形由一个面法线和三个顶点描述。它没有共享的顶点表，所以被六个三角形共用的顶点会被写六次。它也没有单位字段：坐标 25 可能是毫米、英寸或米，几乎所有切片软件都按毫米来猜。颜色、贴图和零件名称在核心格式中都没有位置，但正因如此，所有切片软件、CAD 软件和打印服务至今仍能读取它。

STL 有两种编码。ASCII STL 全部以文本写出，包含 facet normal、outer loop、vertex 12.5 0 3.2 这样的行，可以用文本编辑器打开直接看数字。二进制 STL 以 80 字节的头部和 4 字节的三角形数量开头，然后把每个三角形存为十二个 4 字节浮点数加一个 2 字节的属性字段，正好 50 字节。这条规则让大小很容易预估：一百万个三角形的模型，二进制约 50 MB，而同一网格的 ASCII 版本通常大四到六倍，因为每个数字都变成了字符。

简单既是优点，也是陷阱。STL 无法告诉你它本来是一个零件还是三个，是否以英寸导出，或者三角形是否真正围成了实体。这些都要由切片软件根据原始坐标推断，猜错时就会得到缩小 25.4 倍的零件或缺失的墙面。如果是你自己设计、以毫米导出的单色零件，这些都不成问题，STL 依然是最不容易被拒收的格式。

OBJ 来自 Wavefront Technologies，该公司的 Advanced Visualizer 软件在 20 世纪 80 年代末使用了它，90 年代它作为几乎所有 3D 程序都能交换的纯文本格式流行开来。与 STL 不同，它保存顶点列表并用索引构建面，共享顶点只存一次，面可以是三角形、四边形或更大的多边形。以 v 开头的行是位置，vt 是贴图坐标（UV），vn 是法线，f 是面。组（g）和对象（o）为各部分命名，所以 OBJ 在 Blender、Maya 或 ZBrush 之间来回导入导出时结构都能保持完整。

外观信息不在 .obj 文件里。mtllib 行指定配套的 .mtl 文件，usemtl 行把材质分配给面。.mtl 文件保存 Kd（漫反射）等颜色，并通过 map_Kd wood.png 这样的条目指向贴图图片。因此带贴图的 OBJ 至少由三类文件组成：几何体、材质库和一张或多张图片，全部通过相对路径引用。只发送 .obj，对方看到的就是灰色模型。这种分离在游戏和影视特效流程中很有用，美术可以在不改动几何体的情况下替换贴图，但它也是下载的模型看起来不对的最常见原因。

OBJ 和 STL 一样在比例上存在盲区：只存裸数字，没有单位。多数建模工具写出的是米或厘米，而切片软件按毫米读取，所以来自游戏素材商店的 OBJ 可能会差 10 倍或 1,000 倍。对于打印，OBJ 除了少数工具支持的顶点颜色外，没有切片软件用得上的内容，所以要打印美术素材时，通常最简单的做法是保留贴图用于渲染，只给切片软件一个干净的网格。反过来，把 STL 转成 OBJ 是把打印模型带入渲染或游戏流程的最短路径。

3MF 由 3MF Consortium 于 2015 年发布，该联盟由微软发起，成员包括打印和 CAD 行业的公司。.3mf 文件是一个 ZIP 压缩包，与 ZIP、RAR、7z 对比中讨论的容器格式相同。把它改名为 .zip，就能看到包含网格的 3D/3dmodel.model XML 文件、内容类型文件、关系文件，通常还有缩略图和切片配置。每个模型都声明自己的单位（微米、毫米、厘米、英寸、英尺或米），所以困扰 STL 和 OBJ 的比例问题根本不会出现。颜色、基础材质、多个对象及其在打印板上的摆放位置都是规范的一部分。

规范还要求网格是流形且方向一致的：每条边恰好被两个三角形共享，所有面都朝外。遵循规则的导出器无法写出 STL 能轻易容纳的开放、自相交几何体。目前主流工具的支持很广泛。PrusaSlicer、Bambu Studio、OrcaSlicer 和 UltiMaker Cura 都能读取 3MF，PrusaSlicer 和 Bambu Studio 会把整个项目连同打印设置和绘制的颜色保存为 .3mf，Windows 上微软的 3D Builder 应用也能直接打开。薄弱环节是仍然只认 STL 的旧固件、打印农场门户和 CAD 导入器；遇到这些情况，请把 3MF 转成 STL，并接受额外信息会被舍弃。

选哪种格式取决于文件接下来要去哪里，而不是哪种更新。如果下一站是切片软件，且零件是单色的，STL 就够用，而且它仍是所有论坛、模型库和打印服务都能识别的格式。如果下一站是渲染器、游戏引擎或其他美术人员的建模工具，OBJ 会保留 STL 丢掉的 UV、法线和命名组，而且它的文本形式便于检查问题。

当文件携带的不只是几何体时，3MF 就有了用武之地。在 Bambu Studio 中绘制的多色打印、为一次任务排好的十二个零件的打印板、以英寸设计的零件，或者想以相同层高和填充重新打开的项目，都需要 3MF，因为这里的其他格式都无法保存这些信息。如果要面向多个目的地，请把信息最丰富的版本作为主文件，再用 3D 模型转换器从它导出较简单的版本，而不是连续转换。

多数被归咎于格式的打印失败和导入出错，其实是网格本身的问题，或是接收程序对网格做了错误假设。STL 最容易出问题，因为它没有元数据来发现错误；OBJ 同样有比例和文件缺失的问题；3MF 在设计上避免了其中大部分，不过粗心的导出器仍可能写出有问题的网格。展开下面各项，了解每种问题的表现和常见来源。

大小由结构决定。二进制 STL 固定为每个三角形 50 字节，所以导出前就能算出来。ASCII STL 会把每个顶点重复写成文本，通常比二进制大四到六倍。OBJ 把每个共享顶点只存一次并通过索引引用，所以典型的封闭网格比 ASCII STL 小，大致与二进制 STL 相当，如果还带有 UV 和法线则会更大。3MF 存储带索引的 XML，再在 ZIP 内压缩，因此对于相同的几何体，通常是三者中最小的。

下面的数字针对约 500,000 个三角形的封闭网格，例如一个精细的手办模型。实际文件会因坐标精度和导出器而异，因此请只当作数量级参考，在打印服务限制上传大小，或从 3MF 导出的 STL 大了好几倍时会有帮助。

转换就是从一个容器中读取三角形，再写入另一个容器。目标格式能表达的内容会被带过去，不能表达的则被丢弃。所以 STL 转 OBJ 在几何体上是无损的，3MF 转 STL 会丢失颜色、单位和打印板布局，OBJ 转 STL 会丢失贴图和零件名称。在 UltKit 的 3D 工具中，这些额外的决定都是明确的：模型单位告诉转换器源文件使用的比例，向上轴处理游戏引擎与切片软件之间 Y 轴向上和 Z 轴向上的差异，合并为单个网格决定各个零件是否保持独立。

任何转换都不会修复网格。如果 STL 有个破洞，由它生成的 OBJ 也有同样的破洞，3MF 导出器要么拒绝它，要么照样写出来。修复是单独的一步，在网格工具或切片软件内置的修复功能中完成，最好在导出其他任何格式之前，在主文件里一次性做好。比例也是如此：除非你告诉它，转换无法知道零件本来是以英寸为单位的。细节同理：低多边形的 STL 只会变成低多边形的 OBJ 或 3MF，所以对质量有要求时，请从源模型重新导出。

讨论这个问题时，常常还会提到另外两种格式。STEP（ISO 10303）保存的是精确的实体和曲面，而不是三角形，所以零件需要回到 Fusion 360、SolidWorks 或 FreeCAD 中继续编辑时，应该用它。GLB 是 Khronos Group 的 glTF 2.0 的二进制形式，把网格及其材质和贴图打包进一个以米为单位的文件，适合在网页或 Android AR 中展示模型。

对于本文介绍的三种格式，下表按用途列出了选择建议。如果有两行都符合，就选携带信息更多的格式，之后再导出更简单的格式；从 3MF 转成 STL 很容易，而丢失的颜色或单位只能手动重建。