Cách định dạng tệp OBJ – giải pháp đơn giản – phù hợp cho in CAD và 3D

ĐỊNH DẠNG TỆP OBJ: HÌNH HỌC

Mục đích chính của định dạng tệp OBJ là mã hóa hình dạng bề mặt của vật thể 3D. Định dạng tệp OBJ khá linh hoạt về mặt này. Nó cho phép một số lựa chọn để mã hóa hình học bề mặt. Mỗi trong số ba phương pháp được phép nêu dưới đây đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

ĐỊNH DẠNG TỆP OBJ: TESSNAME VỚI CÁC MẶT ĐA GIÁC

Ở dạng đơn giản nhất, định dạng tệp OBJ cho phép người dùng tessellate (lát) bề mặt của mô hình 3D với các hình dạng hình học đơn giản như hình tam giác, hình tứ giác hoặc đa giác phức tạp hơn. Các đỉnh của đa giác và bình thường cho mỗi đa giác sau đó được lưu trữ trong một tệp để mã hóa hình dạng bề mặt của mô hình.

Ví dụ, đây là một hình ảnh cho thấy mô hình 3D của đầu lợn có thể được xâu chuỗi bằng các hình tam giác nhỏ.

Tessellations với khuôn mặt đa giác có lợi thế và bất lợi. Đa giác là các hình dạng hình học đơn giản và phương pháp này thực sự là cách đơn giản nhất để mô tả hình học bề mặt. Tuy nhiên, xấp xỉ một bề mặt cong với đa giác giới thiệu độ thô cho mô hình.

Trong trường hợp in 3D, máy in 3D sẽ in đối tượng có cùng độ thô như được chỉ định bởi tệp. Tất nhiên, bằng cách làm cho các hình tam giác nhỏ hơn và nhỏ hơn, phép tính gần đúng có thể được thực hiện ngày càng tốt hơn, dẫn đến bản in chất lượng tốt. Tuy nhiên, khi bạn giảm kích thước của hình tam giác, số lượng hình tam giác cần thiết để che phủ bề mặt cũng tăng lên. Điều này dẫn đến kích thước tệp khổng lồ mà các máy in 3D phải vật lộn để xử lý. Chia sẻ hoặc tải lên các tệp lớn như vậy cũng là một nỗi đau.

Do đó, điều rất quan trọng là tìm sự cân bằng phù hợp giữa kích thước tệp và chất lượng in. Sẽ không có ý nghĩa gì khi giảm kích thước của hình tam giác ad infinitum bởi vì đến một lúc nào đó, mắt bạn sẽ không thể phân biệt được giữa các phẩm chất in.

ĐỊNH DẠNG TỆP OBJ: ĐƯỜNG CONG DẠNG TỰ DO

Định dạng tệp OBJ cũng cho phép chỉ định hình dạng bề mặt của mô hình bằng các đường cong dạng tự do . Ý tưởng cơ bản là người dùng định nghĩa một tập hợp các đường cong dạng tự do (Cardinal Splines, Bezier curves, v.v.) chạy dọc theo bề mặt của mô hình. Bề mặt sau đó được xấp xỉ từ bộ sưu tập các đường cong này.

Dưới đây là một ví dụ minh họa một đường cong biểu mẫu tự do trên bề mặt của mô hình 3D.

Như bạn có thể thấy, các đường cong dạng tự do chắc chắn phức tạp hơn các mặt đa giác. Nhưng bằng cách hy sinh sự đơn giản, chúng ta cũng đạt được rất nhiều. Vì các đường cong dạng tự do có thể mô tả chính xác các đường cong sử dụng một vài tham số toán học, chúng yêu cầu ít dữ liệu hơn để mô tả cùng một bề mặt khi so sánh với một phương pháp gần đúng như các phép tính đa giác. Do đó, chúng tôi có thể tạo mã hóa chất lượng cao cho bất kỳ mô hình 3D nào bằng cách sử dụng các đường cong dạng tự do mà không làm tăng kích thước tệp.

ĐỊNH DẠNG TỆP OBJ: BỀ MẶT DẠNG TỰ DO

Với định dạng tệp OBJ, bạn cũng có thể chỉ định hình dạng bề mặt bằng cách ốp bề mặt bằng các miếng vá bề mặt dạng tự do thay vì đa giác đơn giản. Loại miếng vá bề mặt này rất hữu ích để mô tả các bề mặt không giống như mặt phẳng, hình cầu, hình trụ hoặc hình nón tức là các bề mặt không có kích thước xuyên tâm cứng nhắc. Ví dụ về các bề mặt như vậy bao gồm thân xe, cánh của máy bay hoặc thân thuyền.

Bề mặt dạng tự do phổ biến nhất được gọi là NURBS (Spline Rational B không đồng nhất) và định dạng tệp OBJ hỗ trợ nó. GIF cho thấy một ví dụ về bề mặt NURBS trông như thế nào.

Ưu điểm của việc sử dụng các bề mặt dạng tự do có phần giống với các lợi thế của việc sử dụng các đường cong dạng tự do – chúng chính xác hơn và chúng dẫn đến kích thước tệp nhỏ hơn với độ chính xác cao hơn so với các phương pháp khác. Trên thực tế, người ta có thể lập luận rằng các bề mặt dạng tự do chính xác hơn các đường cong dạng tự do vì chúng mã hóa bề mặt chính xác trái ngược với xấp xỉ bề mặt bằng các đường cong. Đây là lý do tại sao họ tìm thấy ứng dụng trong các ngành kỹ thuật không thể tha thứ khi nói về độ chính xác – chẳng hạn như kỹ thuật hàng không vũ trụ và kỹ thuật ô tô.

Định dạng tệp OBJ: Màu sắc và kết cấu

Trong nhiều ứng dụng, sự xuất hiện của mô hình 3D là rất quan trọng. Chẳng hạn, không ai muốn chơi Need For Speed ​​với những chiếc xe buồn tẻ, không màu. Những chiếc xe tốt hơn là đầy màu sắc và sáng bóng! 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.

Định dạng tệp OBJ cho phép bạn lưu trữ thông tin màu sắc và kết cấu ở định dạng tệp đồng hành được gọi là định dạng Thư viện mẫu vật liệu (MTL). Tệp đối tác này có phần mở rộng .MTL.

Với hai tệp này cùng nhau, có thể hiển thị một mô hình kết cấu nhiều màu.

Các tệp MTL chứa văn bản ASCII xác định các thuộc tính phản xạ ánh sáng của một bề mặt theo mô hình phản xạ Phong . Người ta có thể định nghĩa các thuộc tính vật liệu như màu môi trường xung quanh, màu khuếch tán, màu đặc trưng, ​​độ trong suốt, v.v. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết hơn về thông số kỹ thuật của tệp MTL trong phần sau.

Ngoài việc hỗ trợ các thuộc tính vật liệu này, định dạng MTL còn hỗ trợ bản đồ kết cấu, đây là một phương pháp thuận tiện hơn để chỉ định màu sắc và 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 kết xuất 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.