3D模型的格式

目录

• 1. STL
• 2. PCD
• 3. OBJ
• 4. PLY
• 5. AMF
• 6. 3MF

1. STL

STL文件格式（stereolithography，光固化立体造型术的缩写）是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。

PS：STL可不是专门为3D打印而创造的喔，只是碰巧3D打印是快速原型制造技术的一种，而且是名气最大的一种。

STL文件不同于其他一些基于特征的实体模型，STL用三角形网格来表现3D CAD模型，只能描述三维物体的几何信息，不支持颜色材质等信息。

PS：​这下明白为什么会丢失那么多重要信息了吧！​STL就是个简化版的3D模型。

但是——正因为数据简化，格式简单，STL普及很快应用广泛，“简单易用”说的就是它。随着3D SYSTEMS的快速崛起， STL已经成为快速原型系统事实上的数据标准。

PS：管你高端中端低端CAD软件，要想用3D打印，都必须给我往STL格式转换；

STL 文件有2 种类型：文本文件(ASCII格式)和二进制文件(BINARY)。

PS：相比之下ASCII格式更加通用一些。​​

2. PCD

在点云库PCL 1.0发布之前，PCD文件格式就已经发展更新了许多版本。这些新旧不同的版本用PCD_Vx来编号(例如PCD_V5、PCD_V6和PCD_V7等)，分别代表PCD文件的0.5版、0.6版和0.7版。在PCL中，用到的PCD文件格式的正式发布是0.7版，即PCD_V7。

PCD文由 “头文件 + 点云数据” 构成，头文件声明了该点云数据集的基本特性。下面以PCD_V7版本的PCD文件为例，对头文件进行介绍。头文件及部分点云数据如下所示：

# .PCD v.5 - Point Cloud Data file format
VERSION .5
FIELDS x y z
SIZE 4 4 4
TYPE F F F
COUNT 1 1 1
WIDTH 397
HEIGHT 1
POINTS 397
DATA ascii
0.0054216 0.11349 0.040749
-0.0017447 0.11425 0.041273
-0.010661 0.11338 0.040916
0.026422 0.11499 0.032623
0.024545 0.12284 0.024255
0.034137 0.11316 0.02507

• FIELDS:

  指定本点云数据集中任意一个点可以有的维度信息和其他附加信息。如：FIELDS x y z 指每个点都有xyz三个维度信息，FIELDS x y z rgb 指每个点除了xyz维度信息外还有颜色信息等。

• SIZE

  储存每个维度信息占用的字节数(byte)。1指用char型数据存储维度信息，2指用short型数据存储维度信息，4指用int或float型数据存储维度信息，8指用double型数据存储维度信息。

• TYPE

  用字符指定每一个维度的数据类型。I表示有符号类型：int8(char),int16(short),int32(int);U表示无符号类型：uint8(unsigned char),uint 16(unsigned short),uint32(unsigned int);F表示浮点型float和double。

• COUNT

  每个维度包含的元素个数。

• POINTS

  点云中点的总数，从0.7版本就开始显得有点多余，可能会在后续版本中舍去这个参数。

• DATA

  指定存储点云数据的数据存储格式：ASCLL码或二进制数据。

3. OBJ

OBJ文件是Alias|Wavefront公司为它的一套基于工作站的3D建模和动画软件"Advanced Visualizer"开发的一种标准3D模型文件格式，很适合用于3D软件模型之间的数据交换，比如你在3dsMax或LightWave中建了一个模型，想把它调到Maya里面渲染或动画，导出OBJ文件就是一种很好的选择。

OBJ主要支持多边形(Polygons)模型。不包含动画、材质特性、贴图路径、动力学、粒子等信息。​

由于OBJ格式在数据交换方面的便捷性，目前大多数的三维CAD软件都支持OBJ格式，大多数3D打印机也支持使用OBJ格式进行打印。​

PS：虽然OBJ格式诞生得晚一些，也比STL有所进步，但并无实质区别。​

4. PLY

典型的 PLY 文件结构：

头部
顶点列表
面片列表
（其他元素列表）

头部是一系列以回车结尾的文本行，用来描述文件的剩余部分。头部包含一个对每个元素类型的描述，包括元素名（如“边”），这个元素在工程里有多少，以及一个与这个元素关联的不同属性的列表。头部还说明这个文件是二进制的或者是ASCII的。头部后面的是一个每个元素类型的元素列表，按照在头部中描述的顺序出现。

下面是一个立方体的完整ASCII描述。相同工程的二进制版本头部的唯一不同是用词 “binary_little_endian” 或者 “binary_big_endian” 替换词“ascii”。大括号中的注释不是文件的一部分，它们是这个例子的注解。文件中的注释一般在 “comment”开始的关键词定义行里。

ply
format   ascii   1.0   {   ascii/二进制，格式版本数   }
comment   made   by   anonymous   {   注释关键词说明，像其他行一样   }
comment   this   file   is   a   cube
element   vertex   8   {   定义“vertex”（顶点）元素，在文件中有8个   }
property   float32   x   {   顶点包含浮点坐标“x”}
property   float32   y   {   y   坐标同样是一个顶点属性   }
property   float32   z   {   z   也是坐标   }
element   face   6   {   在文件里有6个“face”（面片）   }
property   list   uint8   int32   vertex_index   {   “vertex_indices”（顶点素引）是一列整数   }
end_header   {   划定头部结尾   }
0   0   0   {   顶点列表的开始   }
0   0   1
0   1   1
0   1   0
1   0   0
1   0   1
1   1   1
1   1   0
4   0   1   2   3   {   面片列表开始   }
4   7   6   5   4
4   0   4   5   1
4   1   5   6   2
4   2   6   7   3
4   3   7   4   0

这个例子说明头部的基本组成。头部的每个部分都是以一个关键词开头以回车结尾的ASCII串。即使是头部的开始和结尾（“ply”和“end_header”）也是以这种形式。因为字符“ply”是文件的魔法数字，必须是文件的头四个字符。跟在文件头部开头之后的是关键词 “format” 和一个特定的ASCII或者二进制的格式，接下来是一个版本号。再下面是多边形文件中每个元素的描述，在每个元素里还有多属性的说明。

另外一个立方体定义：

ply
format   ascii   1.0
comment   author:   anonymous
comment   object:   another   cube
element   vertex   8
property   float32   x
property   float32   y
property   float32   z
property   red   uint8   {   顶点颜色开始   }
property   green   uint8
property   blue   uint8
element   face   7
property   list   uint8   int32   vertex_index   {   每个面片的顶点个数   }
element   edge   5   {   物体里有5条边   }
property   int32   vertex1   {   边的第一个顶点的索引   }
property   int32   vertex2   {   第二个顶点的索引   }
property   uint8   red   {   边颜色开始   }
property   uint8   green
property   uint8   blue
end_header
0   0   0   255   0   0   {   顶点列表开始   }
0   0   1   255   0   0
0   1   1   255   0   0
0   1   0   255   0   0
1   0   0   0   0   255
1   0   1   0   0   255
1   1   1   0   0   255
1   1   0   0   0   255
3   0   1   2   {   面片列表开始，从一个三角形开始   }
3   0   2   3   {   另一个三角形   }
4   7   6   5   4   {   现在是一些四边形   }
4   0   4   5   1
4   1   5   6   2
4   2   6   7   3
4   3   7   4   0
0   1   255   255   255   {   边列表开始，从白边开始   }
1   2   255   255   255
2   3   255   255   255
3   0   255   255   255
2   0   0   0   0   {   以一个黑线结束   }

这个文件为每个顶点指定一个红、绿、蓝值。为了说明变长vertex_index（顶点索引）的能力，物体的头两个面片是两个三角形而不是一个四边形。这 意味着物体的面片数是7。这个物体还包括一个边列表。每条边包括两个指向说明边的顶点的指针。每条边也有一种颜色。上面定义的五条边指定了颜色，使文件里 的两个三角形高亮。前四条边白色，它们包围两个三角形。最后一条边是黑的，他是分割三角形的边。

5. AMF

AMF是以目前3D打印机使用的“STL”格式为基础、弥补了其弱点的数据格式，新格式能够记录颜色信息、材料信息及物体内部结构等。

AMF标准基于XML（可扩展标记语言）。采用XML有两个好处，一是不仅能由计算机处理，人也能看懂，二是将来可通过增加标签轻松扩展。新标准不仅可以记录单一材质，还可对不同部位指定不同材质，能分级改变两种材料的比例进行造型。造型物内部的结构用数字公式记录。能够指定在造型物表面印刷图像，还可指定3D打印时最高效的方向。另外，还能记录作者的名字、模型的名称等原始数据。 ​

PS： 虽然AMF有成为新一代3D打印数据标准的潜力，但没有巨头支持是硬伤。

6. 3MF

另一大阵营就是由微软牵头的3MF联盟，于2015年推出全新的3D打印格式——3MF（3D Manufacturing Format）。​

相较于STL格式，3MF档案格式能够更完整地描述3D模型，除了几何信息外，还可以保持内部信息、颜色、材料、纹理等其它特征。

3MF同样也是一种基于XML的数据格式，具有可扩充性。对于使用3D打印的消费者及从业者来说，3MF最大的好处是大品牌支持这个格式。

虽然来得晚，但是实力强啊！看看3MF联盟的成员：Microsoft、Autodesk、Dassault Systems、Netfabb，SLM、惠普(HP)、Shapeways，个个都是巨头！加上微软宣布WIN8.1和WIN10对3MF打印格式的支持，摆明了就是来抢班夺权的。​