In 3D
8 định dạng file 3D phổ biến nhất
1/ Định dạng file 3D là gì?
Mục đích cơ bản của định dạng file 3D là lưu trữ thông tin về các mô hình 3D dưới dạng văn bản thuần hoặc dữ liệu nhị phân. Cụ thể: mã hóa hình học , ngoại hình, cảnh và hoạt hình của mô hình 3D.
- Hình dạng của một mô hình mô tả hình dạng của nó.
- Theo ngoại hình, chúng tôi muốn nói đến màu sắc, kết cấu, loại vật liệu, vv
- Cảnh của mô hình 3D bao gồm vị trí của nguồn sáng, ảnh và các vật thể ngoại vi.
- Cuối cùng, hình ảnh động xác định cách mô hình 3D di chuyển.
Tuy nhiên, không phải tất cả các định dạng file 3D đều lưu trữ tất cả dữ liệu này. Ví dụ như: Các định dạng STL chỉ lưu trữ hình dạng của mô hình 3D và bỏ qua tất cả các thuộc tính khác, còn định dạng COLLADA lưu trữ mọi thứ. Định dạng file 3D STL và COLLADA chỉ là hai trong số nhiều định dạng file 3D mà mọi người sử dụng. Ước tính rằng có hàng trăm định dạng tệp 3D hiện đang được sử dụng trên toàn thế giới.
1.1/ Có bao tất cả là bao nhiêu định dạng 3D?
Số lượng các định dạng tệp 3D là có hàng trăm. Mỗi nhà sản xuất phần mềm CAD như: Autodesk, Blender, Dassault Systemes, Adobe và nhiều hãng phần mềm khác trên thế giới đều có định dạng độc quyền riêng được tối ưu hóa cho phần mềm của họ. Vì vậy nếu bạn sử dụng phần mềm nào, thì bạn sẽ phải làm việc với định dạng 3D của phần mềm đó. Ví dụ: nếu bạn sử dụng AutoCAD bạn sẽ nhận được tệp DWG. Nếu bạn sử dụng Blender bạn sẽ nhận được tệp BLEND.
1.2/ Độc quyền định dạng 3D sẽ làm cảng trở tương tác
Sự hiện diện của rất nhiều định dạng tệp độc quyền là một vấn đề lớn đối với người sử dụng. Giả sử bạn sử dụng AutoCAD (là một phần mềm được phát triển bởi hãng Autodesk) và bạn của bạn sử dụng Blender. Giả sử bạn cũng muốn chia sẻ mô hình 3D của mình với bạn bè. Vấn đề sẽ phát sinh từ đây: Phần mềm AutoCAD của bạn cung cấp cho bạn tệp DWG vì đây là định dạng AutoCAD gốc. Nhưng phần mềm của bạn bè bạn dùng là Blender, chỉ có thể hoạt động với tệp BLEND. Điều này có nghĩa là hai bạn không thể làm việc trên cùng một mô hình 3D.
1.3/ Sử dụng định dạng file 3D trung gian để làm việc giữ các phần mềm khác nhau
Để giải quyết vấn đề về khả năng tương tác giữa các phần mềm khác nhau, các định dạng trung tính hoặc nguồn mở được phát minh thành các định dạng trung gian để chuyển đổi giữa hai định dạng độc quyền. Đương nhiên, các định dạng này đã trở nên rất phổ biến.
Hai ví dụ nổi tiếng về định dạng trung tính là STL (có đuôi .STL) và COLLADA (có đuôi .DAE). Chúng được sử dụng rộng rãi để chia sẻ các mô hình trên nhiều phần mềm CAD. Nếu bạn muốn chia sẻ mô hình 3D của mình, bạn chuyển đổi tệp DWG thành tệp COLLADA trong một quy trình gọi là xuất và chia sẻ cho bạn bè của bạn tệp COLLADA. Bạn của bạn lấy tệp COLLADA và nhập nó vào Blender, trong đó tệp COLLADA được chuyển đổi sang định dạng BLEND gốc. Bằng cách này, bạn có thể tiếp tục sử dụng các phần mềm khác nhau và cộng tác với những người khác.
Độc quyền so với trung tính là một trong những sự phân chia quan trọng nhất trong thế giới định dạng tệp 3D. Ngày nay, hầu hết các phần mềm thiết kế mô hình 3D đều hỗ trợ đọc và viết các định dạng trung tính phổ biến. Ngoài ra, hầu hết các phần mềm cũng hỗ trợ đọc và ghi vào một tập hợp con các định dạng độc quyền phổ biến đến mức không thể bỏ qua.
2/ Chức năng của file 3D là gì?
Như đã ra nêu ở trên, các tính năng chung của định dạng file 3D là:
- Mã hóa hình học của mô hình 3D
- Lưu trữ mô hình 3D (dao diện)
- Lưu thông tin phối cảnh
- Mã hóa hình ảnh động
Cùng tìm hiểu cụ thể từng chức năng của file 3D là gì
2.1/ Mã hóa hình học của mô hình 3D
Mỗi mô hình 3D có một hình dạng duy nhất và khả năng mã hóa hình học này có thể được coi là tính năng cơ bản nhất của định dạng tệp 3D. Mọi định dạng file 3D đều hỗ trợ điều này – nếu không, chúng sẽ không được coi là định dạng file 3D.
Có ba cách mã hóa hình học bề mặt riêng biệt, mỗi cách có điểm mạnh và điểm yếu tương ứng. Chúng được gọi là: Lưới gần đúng, lưới chính xác, hình học rắn xây dựng (CSG).
2.1.1/ Mã hoá Lưới gần đúng
Trong mã hóa này, bề mặt của mô hình 3D trước tiên được phủ bằng một lưới các đa giác nhỏ. Hình tam giác được sử dụng phổ biến nhất. Các đỉnh của các tam giác bao phủ và vectơ pháp tuyến hướng ra ngoài cho các tam giác được lưu trữ trong tệp. Điều này đại diện cho hình dạng bề mặt của mô hình mục tiêu.
Quá trình che phủ một bề mặt với các hình dạng hình học không chồng chéo còn được gọi là Tessname trộm. Do đó các định dạng tệp này cũng được gọi là định dạng tessellated.
Các hình tam giác gần đúng với hình dạng mịn của bề mặt. Do đó đây là một định dạng gần đúng. Sự gần đúng trở nên tốt hơn khi các hình tam giác trở nên nhỏ hơn. Tuy nhiên, các hình tam giác càng nhỏ thì số lượng hình tam giác bạn cần để cắt lát bề mặt càng lớn. Điều này ngụ ý rằng tệp cần lưu trữ một số lượng lớn hơn các đỉnh và vectơ pháp tuyến. Do đó, độ mịn tốt hơn với chi phí tăng kích thước file.
Các định dạng gần đúng hoặc sắp xếp được sử dụng tốt nhất trong các tình huống mà bạn không cần độ phân giải siêu mịn của mô hình 3D. Một ví dụ điển hình là in 3D. Máy in 3D không thể in vượt quá một độ phân giải nhất định và do đó, loại định dạng tệp in 3D này là hoàn hảo. Trong thực tế, định dạng file in 3D phổ biến nhất STL thực sự thuộc về lớp định dạng tệp này.
2.1.2/ Mã hoá lưới chính xác
Tất nhiên, có những tình huống trong đó mã hóa gần đúng của mô hình 3D là không đủ và người ta cần mã hóa chính xác hình học bề mặt. Ví dụ, khi chế tạo thân máy bay, đặc biệt là thân tàu tròn, một lưới đa giác rời rạc sẽ không khả dụng. Mặc dù mô hình có thể trông tốt ở độ phân giải nhỏ, các mặt phẳng và góc nhọn sẽ trở nên rõ ràng khi nhìn gần.
Các định dạng tệp chính xác khắc phục vấn đề này bằng cách sử dụng các bản vá B-Spline Rational không đồng nhất (hoặc NURBS) thay vì đa giác. Các bề mặt tham số này được tạo thành từ một số lượng nhỏ các điểm kiểm soát có trọng số và một tập hợp các tham số gọi là nút thắt. Từ các nút thắt, một bề mặt có thể được tính toán bằng cách nội suy trên các điểm kiểm soát.
Các bề mặt này trông trơn tru ở bất kỳ tỷ lệ nào và có thể sao chép hình dạng bề mặt của một phần nhỏ của mô hình 3D chi tiết chính xác. Tuy nhiên, luôn có sự đánh đổi. Mặc dù lưới chính xác là chính xác ở bất kỳ độ phân giải nào, chúng sẽ hiển thị chậm hơn và nên tránh trong các ứng dụng trong đó kết xuất nhanh là quan trọng.
2.1.3/ Mã hoá hình học CSG
Cuối cùng, có một loại định dạng tệp khác hoàn toàn không liên quan đến lưới. Trong định dạng này, các hình dạng 3D được xây dựng bằng cách thực hiện các thao tác boolean (cộng hoặc trừ) các hình dạng nguyên thủy như hình khối, hình cầu, v.v. Ví dụ, để tạo một quả tạ, người ta có thể chỉ cần lấy hai quả cầu và thêm một thanh hình trụ nối giữa. Nếu bạn đã từng sử dụng một phần mềm CAD, thì bạn đã hiểu cách nó hoạt động, bởi vì hầu hết trong số họ sử dụng nguyên tắc này.
Xây dụng khối hình học là tuyệt vời để thiết kế mô hình 3D và rất thân thiện với người dùng. Một lợi thế lớn khác là mỗi bước chỉnh sửa riêng lẻ (cộng, trừ, biến đổi hình dạng nguyên thủy) được lưu trữ ở định dạng file 3D này. Do đó, người ta có thể hoàn tác và làm lại bất kỳ bước nào bất cứ lúc nào. Rõ ràng, nếu bạn chuyển đổi định dạng này sang định dạng dựa trên lưới, bạn sẽ mất thông tin về các bước chỉnh sửa riêng lẻ.
2.2/ Lưu trữ mô hình 3D (dao diện)
Tính năng quan trọng thứ hai của các định dạng file 3D là khả năng lưu trữ thông tin liên quan đến ngoại hình. Trong nhiều ứng dụng, sự xuất hiện của mô hình 3D có tầm quan trọng hàng đầu. Chẳng hạn, không ai muốn chơi Need For Speed với những chiếc xe buồn tẻ, không màu. Những chiếc xe tốt hơn khi có đầy màu sắc và sóng động! Màu sắc và độ sáng bóng của một chiếc xe là những ví dụ về các đặc tính liên quan đến ngoại hình. Nói một cách đơn giản, ngoại hình mô tả các thuộc tính bề mặt như loại vật liệu, kết cấu, màu sắc, v.v … Điều này quyết định mô hình trông như thế nào khi được hiển thị.
Thông tin về ngoại hình có thể được mã hóa theo hai cách khác nhau: Ánh xạ kết cấu và thuộc tính mặt
2.2.1/ Ánh xạ kết cấu
Trong ánh xạ kết cấu, mọi điểm trên bề mặt của mô hình 3D (hoặc lưới đa giác) được ánh xạ thành hình ảnh 2 chiều. Các tọa độ của hình ảnh 2D có các thuộc tính như màu sắc và kết cấu. Khi hiển thị mô hình 3D, mọi điểm bề mặt được chỉ định tọa độ trong hình ảnh 2 chiều này. Các đỉnh của lưới được ánh xạ đầu tiên. Các điểm khác sau đó được gán tọa độ bằng cách nội suy giữa các tọa độ của các đỉnh.
Hầu hết các định dạng file 3D đều hỗ trợ ánh xạ kết cấu. Trong trường hợp này, hình ảnh 2D chứa thông tin kết cấu cần được lưu trữ trong cùng một tệp hoặc riêng biệt trong một tệp khác.
2.2.2/ Thuộc tính mặt
Một cách phổ biến khác để lưu trữ thông tin kết cấu là gán cho mỗi mặt của lưới một tập các thuộc tính. Các thuộc tính phổ biến bao gồm màu sắc, kết cấu và loại vật liệu.
Ngoài ra, một bề mặt có thể có một thành phần đặc biệt cho biết màu sắc và cường độ phản xạ gương thực sự của các nguồn sáng và các bề mặt khác gần đó. Bề mặt có thể trong suốt hoặc bán trong suốt. Điều này được mã hóa bởi một thành phần truyền dẫn mô tả màu sắc và cường độ ánh sáng truyền qua bề mặt. Bề mặt trong suốt thường làm biến dạng ánh sáng đi qua chúng. Sự biến dạng này được biểu thị bằng một chỉ số thuộc tính khúc xạ , liên quan đến loại vật liệu của mô hình.
2.3/ Thông tin phối cảnh
Khả năng mã hóa thông tin về cảnh là một tính năng quan trọng khác của một số định dạng file 3D. Khung cảnh mô tả bố cục của mô hình 3D về ảnh, nguồn sáng và các mô hình 3D khác gần đó. Ảnh được xác định bởi bốn thông số: độ phóng đại và điểm chính, vị trí, hướng ảnh đang đối mặt và một mũi tên chỉ ra hướng nào là hướng lên. Mã hóa của nguồn sáng phụ thuộc vào bản chất của nguồn sáng. Trong trường hợp đơn giản nhất của nguồn điểm, chúng ta chỉ cần lưu trữ vị trí của nguồn, màu và cường độ của nguồn.
Mối quan hệ không gian giữa mô hình 3D và các mô hình lân cận khác đôi khi cũng được lưu trữ. Điều này đặc biệt quan trọng nếu mô hình được tạo thành từ nhiều phần, cần được bố trí theo một cách nhất định để tạo nên cảnh.
Điều đáng chú ý là hầu hết các định dạng file 3D thường không hỗ trợ thông tin cảnh. Điều này bắt nguồn từ lý do thực tế. Khi nói đến bố cục, người ta luôn có thể đảm bảo rằng các bộ phận của mô hình được đặt ở vị trí chính xác trước khi lưu mô hình. Trong trường hợp này, định dạng tệp không cần xác định rõ ràng mối quan hệ giữa các phần. Các thuộc tính máy ảnh và ánh sáng cũng có thể bị bỏ qua vì dự kiến người dùng sẽ thay đổi vị trí ảnh khi họ điều hướng xung quanh một cảnh.
2.4/ Mã hóa hình ảnh động (hoạt hình)
Một số định dạng file 3D có khả năng lưu trữ hình động của mô hình 3D. Điều này rất hữu ích trong thiết kế trò chơi hoặc làm phim nơi hoạt hình được sử dụng nhiều.
2.4.1/ Hoạt hình khung xương
Cách hoạt hình phổ biến nhất của mô hình 3D được gọi là hoạt hình khung xương. Trong hoạt hình xương, mỗi mô hình được liên kết với một bộ xương bên dưới. Bộ xương được tạo thành từ một hệ thống phân cấp của bộ xương ảo. Sự chuyển động của xương cao hơn trong hệ thống phân cấp (xương cha mẹ) ảnh hưởng đến xương thấp hơn trong hệ thống phân cấp (xương con). Điều này tương tự như cơ thể con người, nơi một chuyển động của xương ống chân ảnh hưởng đến vị trí của các ngón chân.
Điều quan trọng là phải hiểu rằng những xương này không phải là xương thật, mà chỉ là các cấu trúc toán học giúp một nhà hoạt họa xác định các chuyển động trong một mô hình. Các xương thường được đại diện bởi một ma trận 4 × 3 trong đó ba cột đầu tiên đại diện cho độ xoay, tỷ lệ và mặt cắt của xương. Cột cuối cùng là bản dịch liên quan đến không gian chính.
Ngoài việc chuyển đổi, mỗi xương được cung cấp một ID duy nhất và được liên kết với một tập hợp con của lưới mã hóa hình học bề mặt. Tập hợp con này di chuyển cùng với xương ảo.
Xương được kết nối bởi các khớp xương. Khớp giới thiệu các ràng buộc trong các biến đổi có thể liên quan đến xương, do đó hạn chế cách xương có thể di chuyển so với cha mẹ của nó. Điều này một lần nữa tương tự như cơ thể con người – khuỷu tay chỉ có thể xoay quanh một trục xác định trong khi khớp giữa đùi và xương chậu cho phép xoay quanh tất cả các trục.
Video ngắn và thú vị giải thích cách xương và khớp có thể được sử dụng để tạo hoạt hình cơ bản trong Cinema4D
2.4.2. Kỹ thuật hoạt hình
Có nhiều kỹ thuật khác nhau để lưu trữ hình ảnh động của các cấu trúc xương. Các kỹ thuật quan trọng nhất là động học chuyển tiếp, động học nghịch đảo và khung hình chính.
3/ Nên sử dụng định dạng file 3D nào để xuất và chia sẻ ?
Mỗi phần mềm mô hình 3D cho phép xuất thành nhiều định dạng tệp 3D khác nhau. Tuy nhiên, cái nào bạn chọn cho ứng dụng của mình phụ thuộc rất nhiều vào tính năng bạn cần cho công việc và phần mềm bạn sẽ sử dụng. Vì hiện tại chúng ta đã quen thuộc với các tính năng khác nhau của định dạng tệp 3D, chúng ta đã sẵn sàng xem xét trừu tượng về các cân nhắc khác nhau đằng sau sự lựa chọn của một định dạng tệp cụ thể. Có ba cân nhắc chính.
3.1/ Định dạng file 3D của bạn cần những tính năng nào?
Các định dạng tệp 3D được sử dụng trong nhiều ngành khác nhau và mỗi ngành có nhu cầu và yêu cầu cụ thể của riêng họ. Tùy thuộc vào ngành nghề của bạn, bạn có thể muốn có các bộ tính năng khác nhau trong định dạng tệp 3D lý tưởng của mình. Để giải thích ý nghĩa của chúng, hãy thảo luận về ba ngành công nghiệp chính sử dụng định dạng tệp 3D.
3.1.1/ File 3D sử dụng để in 3D
Trong công nghệ in 3D, độ chính xác cao không phải là một yêu cầu vì các máy in hiện tại không thể in vượt quá độ phân giải nhất định. Do đó, các định dạng tệp sử dụng mã hóa gần đúng của hình học bề mặt là lý tưởng cho công việc. STL là một định dạng tệp như vậy và là định dạng in 3D phổ biến nhất cho đến nay. Các phần mềm hỗ trợ in 3D phổ biến nhất hiện nay đều hỗ trợ định dạng file .STL
Tuy nhiên, STL không thể lưu trữ thông tin liên quan đến ngoại hình. Vì vậy, nếu bạn muốn in một mô hình nhiều màu, thì bạn không thể sử dụng STL nữa vì nó không thể lưu trữ thông tin liên quan đến màu sắc hoặc vật liệu. Có các định dạng tệp khác như OBJ hoặc AMF có thể lưu trữ thông tin liên quan đến ngoại hình. Do đó, các định dạng này (OBJ là phổ biến nhất) là lựa chọn tốt nhất cho các mô hình nhiều màu.
3.1.2/ Định dạng file 3D cho các ứng dụng đồ hoạ (Game và phim)
Trong các ứng dụng dựa trên đồ họa, các yêu cầu khác với in 3D. Vì chúng ta đã vượt qua thời kỳ đen trắng, các mô hình 3D được sử dụng trong các trò chơi và phim ảnh đòi hỏi màu sắc và họa tiết phong phú. Trò chơi và phim ảnh cũng cần hỗ trợ hoạt hình. Ngoài ra, tất cả các ứng dụng dựa trên đồ họa thường đòi hỏi tốc độ kết xuất cao. Do đó, các định dạng tốt nhất cho loại công việc này sẽ là một cái gì đó sử dụng hình học gần đúng để đạt được kết xuất nhanh, có thể mã hóa ngoại hình và hỗ trợ hoạt hình. Các định dạng FBX và COLLADA kiểm tra tất cả các hộp này và do đó lý tưởng cho các ứng dụng đồ họa.
3.1.3/ Định dạng 3D cho các lĩnh vực kỹ thuật chính xác
Cái tên nói lên tất cả. Trong các ngành kỹ thuật có độ chính xác cao như kỹ thuật hàng không vũ trụ, các mô hình 3D cần phải mượt mà và chính xác ở bất kỳ quy mô nào. Do đó, các định dạng sử dụng hình học chính xác như IGES hoặc STEP sẽ phù hợp nhất cho nhiệm vụ này.
Do các tính năng của định dạng tệp 3D là một cân nhắc quan trọng trong việc xác định định dạng lý tưởng, chúng tôi đã cung cấp một bảng các tính năng được hỗ trợ bởi 8 định dạng tệp 3D hàng đầu trong phần phụ lục của bài viết này . Bạn có thể xem nó khi bạn cần đưa ra quyết định.
4/ 8 định dạng file 3D được sử dụng phổ biến nhất hiện nay
| Định dạng file 3D | Kiểu |
| STL | Trung tính |
| OBJ | Biến thể ASCII là trung tính, biến thể nhị phân là độc quyền |
| FBX | Độc quyền |
| COLLADA | Trung tính |
| 3DS | Độc quyền |
| IGES | Trung tính |
| STEP | Trung tính |
| VRML / X3D | Trung tính |
Chúng ta đã thảo luận về các định dạng file 3D ở mức độ trừu tượng và cao. Chúng ta đã thảo luận về các tính năng khác nhau mà định dạng file 3D triển khai và cách bạn có thể chọn định dạng file 3D lý tưởng dựa trên kiến thức này. Bây giờ, chúng ta hãy xem 8 định dạng file 3D quan trọng nhất và tìm hiểu những tính năng nào chúng hỗ trợ, mức độ phổ biến và ngành công nghiệp nào sử dụng chúng nhiều nhất.
4.1/ Định dạng file STL
STL là một trong những định dạng tệp 3D trung tính quan trọng nhất trong lĩnh vực in 3D, tạo mẫu nhanh và sản xuất hỗ trợ máy tính. Nó có nguồn gốc từ phần mềm CAD lập thể được tạo bởi 3D Systems. Đuôi tập tin tương ứng là .STL.
STL là một trong những định dạng tệp 3D lâu đời nhất và được tạo ra vào năm 1987 bởi Chuck Hull, người hiện đang là CTO tại Hệ thống 3D. Ông cũng đã phát minh ra máy in 3D lập thể đầu tiên trên thế giới. Định dạng tệp STL được tạo sau đó như một cách đơn giản để chuyển thông tin về các mô hình CAD 3D sang máy in 3D này.
4.1.1/ Các đặc điểm của file STL
STL mã hóa hình dạng bề mặt của mô hình 3D mịn bằng cách sử dụng lưới hình tam giác. Vì đây là một trong những định dạng tệp 3D đầu tiên khai thác các phần tử như một cách mã hóa hình học bề mặt, nên nó có một số từ viết tắt như Ngôn ngữ Tessname Ngôn ngữ Tiêu chuẩn và Ngôn ngữ Tam giác Tiêu chuẩn.
STL bỏ qua sự xuất hiện, cảnh và hình ảnh động. Đây là một trong những định dạng tệp 3D đơn giản và gọn gàng nhất hiện nay. Định dạng STL chỉ biểu diễn nhị phân ASCII và nhị phân. Các tệp nhị phân phổ biến vì chúng nhỏ gọn hơn.
4.1.2/ Mức độ phổ biến của file STL
Kể từ khi được phát minh, định dạng tệp STL đã nhanh chóng được áp dụng bởi các ngành công nghiệp tạo mẫu nhanh, in 3D và hỗ trợ máy tính. Nó vẫn là định dạng tệp được sử dụng rộng rãi nhất trong in 3D.
Tuy nhiên, sự thống trị của STL đối với in 3D có thể sẽ sớm kết thúc. Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D đã phát triển nhanh chóng. Độ trung thực của các quy trình in hiện đang đạt độ chính xác ở mức micron. Vì STL là một định dạng gần đúng, nó cần các mặt tam giác rất nhỏ để đạt được độ phân giải này, tạo ra các tệp lớn và khó sử dụng trong quy trình. Thứ hai, nhiều máy in 3D hiện cho phép in đầy đủ màu sắc, một công nghệ dự kiến sẽ trở nên phổ biến hơn trong tương lai gần. STL không thể mã hóa thông tin màu sắc và vô dụng cho mục đích này. Vì những lý do này, sự thống trị của STL trong thế giới in 3D có thể không tồn tại lâu và các định dạng như OBJ, 3MF hoặc AMF có thể thay thế nó.
Ứng dụng: Đồ họa 3D, in 3D
4.2/ Định dạng file OBJ
Định dạng tệp OBJ là một định dạng trung tính khác trong lĩnh vực in 3D. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong đồ họa 3D. Nó được phát triển đầu tiên bởi Wavefront Technologies cho gói hoạt hình Advanced Visualization. Định dạng tệp 3D có đuôi .OBJ.
4.2.1/ Đặc điểm của file OBJ
Định dạng tệp OBJ hỗ trợ cả mã hóa gần đúng và chính xác của hình học bề mặt. Khi sử dụng mã hóa gần đúng, nó không giới hạn lưới bề mặt thành các mặt tam giác. Nếu người dùng muốn, anh ta có thể sử dụng đa giác như tứ giác. Khi sử dụng mã hóa chính xác, nó sử dụng các đường cong và bề mặt mịn như NURBS.
Định dạng OBJ có thể mã hóa thông tin màu sắc và kết cấu. Thông tin này được lưu trữ trong một tệp riêng biệt với đuôi .MTL (Thư viện mẫu vật liệu). Nó không hỗ trợ bất kỳ loại hoạt hình. Định dạng chỉ định cả mã hóa ASCII và mã hóa nhị phân, nhưng chỉ mã hóa ASCII là nguồn mở.
4.2.2/ Mức độ phổ biến
Định dạng tệp OBJ, do trung tính hoặc tính mở, là một trong những định dạng trao đổi phổ biến nhất cho đồ họa 3D. Nó cũng đang đạt được sức hút trong ngành in 3D khi ngành công nghiệp chuyển sang in đầy đủ màu sắc.
Ứng dụng: Công nghiệp video game và công nghiệp điện ảnh.
4.3/ Định dạng file FBX
FBX là một định dạng tệp độc quyền được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp phim ảnh và video game. Ban đầu nó được phát triển bởi Kaydara nhưng được Autodesk mua vào năm 2006. Kể từ khi mua lại, AutoDesk đã sử dụng FBX như một định dạng trao đổi cho danh mục đầu tư của riêng mình, bao gồm AutoCAD, Fusion 360, Maya, 3DS Max và các gói phần mềm khác.
4.3.1/ Đặc điểm chính của file FBX
Định dạng tệp FBX hỗ trợ các thuộc tính hình học và ngoại hình như màu sắc và kết cấu. Nó cũng hỗ trợ hình ảnh động dạng khung xương và hình thái. Cả hai tệp nhị phân và ASCII đều được hỗ trợ.
4.3.2/ Mức độ phổ biến
FBX là một trong những lựa chọn phổ biến nhất cho hoạt hình. Ngoài ra, nó cũng được sử dụng như một định dạng trao đổi, tạo điều kiện trao đổi độ trung thực cao giữa 3DS Max, Maya, MotionBuilder, Mudbox và các phần mềm độc quyền khác.
Ứng dụng: Công nghiệp video game và công nghiệp điện ảnh.
4.4/ Định dạng file COLLADA
Collada là một định dạng tệp trung tính được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp trò chơi điện tử và phim ảnh. Nó được quản lý bởi tập đoàn công nghệ phi lợi nhuận, Tập đoàn Khronos. Đuôi tập tin cho định dạng COLLADA là .DAE.
4.4.1/ Đặc điểm chính
Định dạng COLLADA hỗ trợ hình học, các thuộc tính liên quan đến ngoại hình như màu sắc, vật liệu, kết cấu và hình ảnh động. Ngoài ra, nó là một trong những định dạng hiếm hoi hỗ trợ động học và vật lý. Định dạng COLLADA lưu trữ dữ liệu bằng ngôn ngữ XML.
4.4.2/ Mức độ phổ biến
Mục đích ban đầu đằng sau định dạng COLLADA là trở thành một tiêu chuẩn trong số các định dạng tệp 3D. Thật vậy, vào năm 2013, nó đã được ISO áp dụng như một đặc điểm kỹ thuật có sẵn công khai, ISO / PAS 17506. Do kết quả của lịch sử này, rất nhiều phần mềm mô hình 3D hỗ trợ định dạng COLLADA.
Tuy nhiên, sự đồng thuận là định dạng COLLADA không theo kịp thời đại. Định dạng COLLADA đã từng được sử dụng nhiều như một định dạng trao đổi cho Autodesk Max / Maya trong ngành công nghiệp điện ảnh, nhưng ngành công nghiệp này đã chuyển hướng nhiều hơn sang OBJ, FBX và Alembic.
Ứng dụng: Ngành công nghiệp điện ảnh, công nghiệp video game.
4.5/ Định dạng file 3DS
3DS là một định dạng tệp độc quyền được sử dụng trong kiến trúc, kỹ thuật, giáo dục và sản xuất. Nó có nguồn gốc từ Autodesk 3D Studio DOS cũ, một phần mềm mô hình phổ biến mà sau này được thay thế bởi 3D Studio MAX kế nhiệm vào năm 1996. Được phát triển vào những năm 90, đây là một trong những định dạng tệp 3D lâu đời nhất. Nó đã trở thành một trong những tiêu chuẩn công nghiệp thực tế để lưu trữ các mô hình 3D hoặc để hoán đổi giữa hai định dạng độc quyền khác.
4.5.1/ Đặc điểm chính của file 3DS
Định dạng tệp 3DS chỉ giữ lại thông tin cơ bản nhất về hình học, ngoại hình, cảnh và hoạt hình. Nó sử dụng lưới hình tam giác để mã hóa hình học độ mịn bề mặt, tổng số hình tam giác bị giới hạn ở 65536. Nó lưu trữ các thuộc tính liên quan đến ngoại hình như màu sắc, kết cấu, vật liệu, độ truyền, v.v. định dạng không hỗ trợ các nguồn sáng định hướng.
Định dạng 3DS chỉ định mã hóa nhị phân và lưu trữ thông tin theo từng khối. Điều này cho phép các trình phân tích cú pháp bỏ qua các đoạn mà họ không nhận ra và cho phép mở rộng định dạng.
4.5.2/ Mức độ phổ biến
Là một trong những định dạng tệp lâu đời nhất, 3DS đã trở thành một tiêu chuẩn để lưu trữ các mô hình 3D và hoán đổi giữa các định dạng tệp 3D khác. Hầu như tất cả các gói phần mềm 3D đều hỗ trợ nó. Tuy nhiên, vì định dạng này chỉ giữ lại thông tin cơ bản nhất về mô hình 3D, nên nó không thể được sử dụng trong các tình huống mà người ta không muốn mất thông tin. Trong trường hợp này, định dạng này cần được bổ sung bằng định dạng MAX (hiện được thay thế bằng định dạng PRJ), có chứa thông tin bổ sung cụ thể cho Autodesk 3DS Max, để cho phép một cảnh được lưu / tải hoàn toàn.
Ứng dụng: Kiến trúc, kỹ thuật, giáo dục và sản xuất.
4.6/ Định dạng file IGES
IGES là một loại tệp cũ trung tính được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp quốc phòng và trong lĩnh vực kỹ thuật. Nó được phát triển vào giữa những năm bảy mươi bởi Không quân Hoa Kỳ.
Quay trở lại những ngày đó, Không quân thường lãng phí rất nhiều thời gian trong quá trình chia sẻ và chuyển đổi dữ liệu giữa các hệ thống độc quyền được sử dụng bởi các nhà cung cấp. Tình hình đặc biệt tồi tệ với các dự án lớn hơn như tàu bay hoặc hệ thống cung cấp tên lửa liên quan đến hàng trăm nhà cung cấp. Định dạng IGES được Không quân hợp tác với Boeing và các hãng khác phát triển để phục vụ như một định dạng trao đổi có thể được chia sẻ trên tất cả các hệ thống CAD. Kể từ thập niên 80, Bộ Quốc phòng Mỹ đã yêu cầu tất cả các hợp đồng quốc phòng và vũ khí sử dụng IGES làm định dạng tệp tiêu chuẩn. Phần mở rộng tệp tương ứng với định dạng IGES là .IGS hoặc .IGES.
4.6.1/ Đặc điểm chính của file IGES
Định dạng IGES là mã hóa ASCII cực kỳ linh hoạt khi thể hiện hình học bề mặt. Nó có khả năng sử dụng sơ đồ mạch, khung lưới, bề mặt dạng tự do chính xác hoặc CSG để lưu trữ thông tin liên quan đến hình học. Định dạng cũng có thể lưu trữ màu sắc nhưng không hỗ trợ các thuộc tính vật liệu như kết cấu, loại vật liệu, vv Hoạt hình cũng không được hỗ trợ.
4.6.2/ Mức độ phổ biến
IGES đã rất phổ biến kể từ khi nó được phát minh vào những năm 70. Nó đã được thông qua như một tiêu chuẩn quốc gia ở nhiều quốc gia như Vương quốc Anh và Úc. Hầu như tất cả các phần mềm CAD đều hỗ trợ nó.
Định dạng tệp IGES không còn được phát triển, và nó vẫn được sử dụng rộng rãi để truyền dữ liệu giữa các chương trình phần mềm CAD, CAM và CAE. Nó là một lựa chọn phổ biến cho mô hình 3D, tạo bản vẽ kỹ thuật và thiết kế sản phẩm. Nó có tiếng là một lựa chọn tốt cho những người nghiệp dư trong 3D; nghệ sĩ 3D chuyên nghiệp bây giờ STEP đã kế nhiệm của nó.
Ứng dụng: Quốc phòng, kỹ thuật
4.7/ Định dạng file STEP
STEP (Tiêu chuẩn để trao đổi dữ liệu sản phẩm) hoặc ISO 10303 được phát triển như một sự kế thừa của định dạng tệp IGES. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực liên quan đến kỹ thuật như kỹ thuật ô tô và hàng không, xây dựng công trình, vv Định dạng tệp tương ứng là .STP.
Mục tiêu được tuyên bố chính thức của việc phát triển STEP là tạo ra một cơ chế có khả năng mô tả dữ liệu sản phẩm trong suốt vòng đời của sản phẩm, độc lập với bất kỳ hệ thống cụ thể nào. Tuy nhiên, do sự phức tạp và kích thước của tiêu chuẩn ban đầu, sau đó nó đã được chia thành các thông số kỹ thuật mô đun nhỏ hơn trong bốn bản phát hành chính.
4.7.1/ Đặc điểm chính của file STEP
Định dạng STEP hỗ trợ tất cả các tính năng được hỗ trợ bởi định dạng IGES. Ngoài ra, nó cũng có thể mã hóa cấu trúc liên kết, dung sai hình học, tính chất vật liệu như kết cấu, loại vật liệu và dữ liệu sản phẩm phức tạp khác.
4.7.2/ Mức độ phổ biến
STEP, giống như IGES, là một định dạng phổ biến để trao đổi dữ liệu giữa các chương trình phần mềm CAD, CAM và CAE. Để tương thích, vẫn nên sử dụng IGES vì đây là định dạng phổ biến hơn và có nhiều khả năng hoạt động với phần mềm của bên nhận. Tuy nhiên, đối với các trường hợp sử dụng mà người ta cần chuyển thông tin liên quan đến ngoại hình của mô hình, dung sai của các bộ phận, v.v., STEP là định dạng thích hợp.
Ứng dụng: Kỹ thuật ví dụ như ô tô, hàng không vũ trụ, xây dựng công trình, vv
4.8/ Định dạng file VRML và X3D
Định dạng file 3D cuối cùng mà chúng ta sẽ thảo luận là VRML và X3D. VRML (vermal và có đuôi .WRL) là viết tắt của Ngôn ngữ mô hình thực tế ảo. Nó là định dạng tệp 3D được phát triển cho World Wide Web. Nó đã tạo thành công bởi X3D.
Thuật ngữ VRML lần đầu tiên được đặt ra trong một bài báo của Dave Raggett có tựa đề Mở rộng WWW để hỗ trợ Nền tảng thực tế ảo độc lập được gửi tới hội nghị World Wide Web đầu tiên vào năm 1994. Phải mất thêm ba năm nữa cho đến khi phiên bản hoàn thiện của định dạng VRML97 được tạo ra và trở thành tiêu chuẩn ISO.
VRML97 đã được sử dụng trong một số trang chủ cá nhân và các trang web trò chuyện 3D, ví dụ như Cyber CyberTown. Tuy nhiên, định dạng không đạt được sự thông qua quan trọng. Ngoài ra, các khả năng của VRML vẫn bị trì trệ trong khi đồ họa 3D thời gian thực được cải thiện nhanh chóng. Cuối cùng, tập đoàn VRML đã đổi tên thành Tập đoàn Web3D và bắt đầu phát triển sự kế thừa của định dạng VRML X3D, được phát hành vào năm 2001.
4.8.1/ Đặc điểm chính
X3D là định dạng file 3D dựa trên XML. Nó hỗ trợ tất cả các tính năng của định dạng VRML cùng với một số bổ sung.
Định dạng VRML sử dụng lưới đa giác để mã hóa hình học bề mặt và có thể lưu trữ các thông tin liên quan đến ngoại hình như màu sắc, kết cấu, độ trong suốt, … Định dạng X3D thêm mã hóa NURBS của hình học bề mặt, khả năng lưu trữ thông tin liên quan đến cảnh và hỗ trợ cho hoạt hình.
4.8.2/ Mức độ phổ biến
Mục tiêu của X3D là trở thành định dạng file 3D tiêu chuẩn cho web. Cụ thể, các applet X3D có thể chạy trong trình duyệt và hiển thị nội dung ở chế độ 3D bằng công nghệ đồ họa OpenGL 3D. X3D cũng được thiết kế để tích hợp hoàn hảo với các trang HTML5 giống như định dạng SVG cho hình ảnh. Tuy nhiên, cho đến nay, định dạng vẫn chưa được chấp nhận rộng rãi.
Ứng dụng: Internet và web.
5/ kết luận
Chúng ta đã tìm hiểu được khá nhiều về định dạng file 3D trong bài viết này. Chúng ta đã thảo luận về cách thức và lý do tại sao có hàng trăm định dạng và làm thế nào chúng có thể được phân loại thành hai loại chính: độc quyền và trung tính. Tiếp theo, chúng tôi đã khám phá các tính năng quan trọng nhất của định dạng tệp 3D và cung cấp các mẹo về cách bạn có thể chọn định dạng lý tưởng cho ứng dụng của mình. Chúng tôi đã kết thúc cuộc thảo luận với 8 định dạng file 3D quan trọng nhất, tập trung vào các tính năng, mức độ phổ biến và trường hợp sử dụng của chúng. Phần phụ lục có rất nhiều thông tin về khả năng tương thích của các định dạng tệp 3D này với phần mềm và công cụ mô hình 3D phổ biến nhất. Nó cũng có một bảng để phân tích so sánh các bộ tính năng của các định dạng tệp 3D này.
Chúng tôi hy vọng bạn thích bài viết này. Chia sẻ nó với bạn bè của bạn, những người quan tâm đến thế giới mô hình 3D, phát triển trò chơi, hiệu ứng đặc biệt, kỹ thuật, kiến trúc và in 3D.
5.1/ Bảng tính năng của 8 định dạng file 3D phổ biến nhất
2. Hỗ trợ trong phần mềm và công cụ thiết kế 3D phổ biến
| STL | OBJ | FBX | COLLADA | 3DS | IGES | STEP | VRML | X3D | |
| Sketchup | Không | Mở | Mở | Cả hai | Cả hai | không ai | Không | Mở | Không |
| Soliwork | Cả hai | Cả hai | Không | Không | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Không |
| Funsion 360 | Cả hai | Đóng | Cả hai | Không | Không | Cả hai | Cả hai | Không | Không |
| AutoCAD | Không | Không | Cả hai | Không | Nhập | Cả hai | Đóng | Không | Không |
| Blender | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Không | Không | Cả hai | Cả hai |
| Rhino | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Mở | Đóng | Đóng | Đóng | Cả hai | Đóng |
| Cinema4D | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Cả hai | Đóng | Không | Cả hai | Không |
| Unity | Không | Đóng | Đóng | Đóng | Đóng | Không | Không | Không | Không |