OBJ формат файла

Формата файла OBJ: Геометрия

Основное назначение формата файла OBJ состоит в кодировании геометрии поверхности трехмерного объекта. Формат файла OBJ довольно универсален в этом отношении. Это позволяет несколько вариантов кодирования геометрии поверхности. Каждый из трех разрешенных методов, описанных ниже, имеет свои преимущества и недостатки.

Формат файла OBJ: Тесселяция с многоугольными граниями

В простейшем виде формат файла OBJ позволяет пользователю тесселяции (мозаику) поверхности 3D-модели с помощью простых геометрических фигур, таких как треугольники, четырехугольники или более сложные многоугольники. Вершины многоугольников и нормали к каждому многоугольнику затем сохраняются в файле для кодирования геометрии поверхности модели.

Например, вот изображение, показывающее, как трехмерная модель головы свиньи может быть мозаично соединена с крошечными треугольниками.

Тесселяции с многоугольными гранями имеют свои преимущества и недостатки. Полигоны — это простые геометрические фигуры, и этот метод на самом деле является самым простым способом описания геометрии поверхности. Однако аппроксимация изогнутой поверхности полигонами придает модели грубость.

В случае 3D-печати 3D-принтер будет печатать объект с той же грубостью, которая указана в файле. Конечно, делая треугольники все меньше и меньше, можно сделать аппроксимацию лучше и лучше, что приводит к получению отпечатков хорошего качества. Однако по мере уменьшения размера треугольника количество треугольников, необходимых для покрытия поверхности, также увеличивается. Это приводит к гигантским размерам файлов, с которыми трудно справиться слайсерам 3D-печати. Также очень тяжело делиться или загружать такие огромные файлы.

Поэтому очень важно найти правильный баланс между размером файла и качеством печати. Не имеет смысла уменьшать размер треугольников до бесконечности, потому что в какой-то момент ваш глаз не сможет различить качество печати.

Формат файла OBJ: Кривые свободной формы

Формат файла OBJ также позволяет задавать геометрию поверхности модели с использованием кривых произвольной формы. Основная идея заключается в том, что пользователь определяет набор кривых свободной формы (кардинальные сплайны, кривые Безье и т. Д.), Которые проходят по поверхности модели. Поверхность затем аппроксимируется из этого набора кривых.

Вот пример, иллюстрирующий кривую свободной формы на поверхности 3D-модели.

Как видите, кривые произвольной формы определенно сложнее, чем полигональные грани. Но, пожертвовав простотой, мы тоже многое выиграем. Поскольку кривые произвольной формы могут точно описывать кривые линии с использованием нескольких математических параметров, им требуется гораздо меньше данных для описания одной и той же поверхности по сравнению с приближенным методом, таким как полигональные тесселяции. Следовательно, мы можем создать высококачественную кодировку любой 3D-модели, используя кривые произвольной формы, не увеличивая размер файла.

Формат файла OBJ: Поверхности произвольной формы

С форматом файла OBJ вы также можете указать геометрию поверхности, облицовав ее поверхностями с помощью заплаток свободной формы вместо простых многоугольников. Этот вид поверхностных пятен очень полезен для описания поверхностей, которые не похожи на плоскости, сферы, цилиндры или конусы, то есть поверхности, которые не имеют жесткого радиального размера. Примеры таких поверхностей включают в себя кузов автомобиля, крылья самолета или корпус лодки.

NURBS Поверхность

Самая распространенная поверхность произвольной формы называется NURBS (Non-Uniform Rational B Spline), и формат файла OBJ поддерживает ее. GIF показывает пример того, как выглядит поверхность NURBS.

Преимущества использования поверхностей произвольной формы в некоторой степени аналогичны преимуществам использования кривых произвольной формы — они более точные и приводят к меньшему размеру файла при более высокой точности по сравнению с другими методами. На самом деле, можно утверждать, что поверхности произвольной формы более точны, чем кривые произвольной формы, поскольку они кодируют поверхность точно в отличие от аппроксимации поверхности с помощью кривых. Вот почему они находят применение в инженерных дисциплинах, которые беспощадны, когда речь идет о точности, таких как аэрокосмическая техника и автомобилестроение.

Формат файла OBJ: цвет и текстура

Во многих приложениях внешний вид 3D-модели имеет первостепенное значение. Например, никто не хочет играть в Need For Speed с тусклыми бесцветными машинами. Автомобили лучше быть красочными и блестящими! Цвет и блеск автомобиля являются примерами свойств, связанных с внешним видом. Проще говоря, внешний вид описывает свойства поверхности, такие как тип материала, текстура, цвет и т. Д. Это решает, как будет выглядеть модель при визуализации.

Формат файла OBJ позволяет хранить информацию о цвете и текстуре в формате сопутствующего файла, который называется форматом библиотеки шаблонов материалов (MTL). Этот партнерский файл имеет расширение. MTL.

Используя эти два файла вместе, можно визуализировать многоцветную текстурированную модель.

Файлы MTL содержат текст ASCII, который определяет светоотражающие свойства поверхности в соответствии с моделью отражения Фонга. Можно определить свойства материала, такие как окружающий цвет, рассеянный цвет, зеркальный цвет, прозрачность и т. Д. Мы обсудим спецификации файла MTL более подробно в следующем разделе.

Помимо поддержки этих свойств материала, формат MTL также поддерживает карты текстур, что является более удобным способом задания цветов и текстур. В отображении текстуры каждая точка на поверхности 3D-модели (или полигональная сетка) отображается на двухмерное изображение. Координаты 2D-изображения имеют такие атрибуты, как цвет и текстура. При рендеринге 3D-модели каждой точке поверхности назначается координата в этом 2-мерном изображении. Вершины сетки отображаются в первую очередь. Затем другим точкам присваиваются координаты путем интерполяции между координатами вершин.

Иллюстрация того, как наложение текстуры используется для кодирования цвета и текстурной информации одной стороны куба

Часто задаваемые вопросы о формате файлов OBJ, относящиеся к 3D-печати

Вопросы о формате файла OBJ: Можно ли выполнять полноцветную 3D-печать в формате файла OBJ?

Недавно  XYZ Printing анонсировала первый в мире полноцветный настольный 3D-принтер . Приблизительно 3000 долларов не лишены возможности сказать, что индустрия 3D-печати постепенно переходит от монохромной модели к многоцветной печати.

Формат файла OBJ полностью поддерживает многоцветную 3D-печать. На самом деле, сейчас это лучший выбор, если вы выберете многоцветный маршрут. Стандартный формат 3D-печати STL не поддерживает цвета, а другие форматы 3D-печати, такие как AMF, 3MF и VRML, слишком ограничены для широкого использования.

Как использовать OBJ для 3D-печати?

Для 3D-печати файл должен быть открыт в специальном слайсере, таком как Slic3r. Что такое слайсер? Это программное обеспечение для 3D-печати, которое преобразует цифровые 3D-модели в инструкции по печати для вашего 3D-принтера для создания объекта.

Слайсер разбивает ваш OBJ-файл на сотни (иногда тысячи) плоских горизонтальных слоев на основе выбранных вами настроек и рассчитывает траекторию, по которой будет следовать инструмент, который будет физически отображать вашу модель слой за слоем. Этот процесс также вычисляет оценки того, сколько материала понадобится вашему принтеру и сколько времени потребуется, чтобы это сделать.

Вся эта информация затем упаковывается в файл GCode, родной язык вашего 3D-принтера. Настройки слайсера влияют на качество вашей печати, поэтому важно иметь правильное программное обеспечение и настройки, чтобы обеспечить вам максимально возможное качество печати. Также важно проверить, поддерживает ли ваш слайсер файлы OBJ, и если да, то какие функции он поддерживает. Некоторые слайсеры могут поддерживать простые полигональные сетки, но выдают ошибку, если вы использовали в своей кодировке кривые произвольной формы или поверхности.

Как только GCode будет загружен на ваш 3D-принтер, следующим этапом будет повторная сборка этих отдельных двумерных слоев в виде трехмерного объекта на вашей печатной платформе. Это делается путем нанесения последовательности тонких слоев пластмасс, металлов или композитных материалов и создания модели по одному слою за раз.

Можно ли печатать все файлы OBJ 3D?

К сожалению нет. Только 3D-дизайн, специально предназначенный для 3D-печати, пригоден для 3D-печати. Файл OBJ — это просто контейнер для данных, а не гарантия того, что что-то    можно распечатать. Помните, что формат файла OBJ также используется в качестве формата обмена для приложений 3D-графики, который не имеет ничего общего с 3D-печатью.

3D-модели, подходящие для 3D-печати, должны иметь минимальную толщину стенок и «водонепроницаемую» геометрию поверхности, чтобы их можно было печатать в 3D. Даже если это видно на экране компьютера, невозможно напечатать что-либо    с нулевой толщиной стенки.

Есть также рассмотрение нависающих элементов на модели. Посмотрите на логотип All3DP на картинке выше; если модель напечатана в вертикальном положении, то для нависающих элементов с углом более 45 градусов потребуются опоры (которые вы видите зеленым цветом).

При загрузке файла, который вы не создали сами, стоит потратить время на то, чтобы убедиться, что он действительно для печати в 3D. Это сэкономит вам много времени, разочарования и потраченной нити.

# a comment line

v x y z

vn x y z

vt u v [w]

f v1[/vt1][/vn1] v2[/vt2][/vn2] v3[/vt3][/vn3] …

g name

usemtl name

# comment about what application generated this file.
# all the 'v' commands are listed
v x y z
v …
# all the 'vn' commands are listed
vn …
# all the 'vt' commands are listed
vt x y z
vt …
# a group is defined and the material for the group is set
g object
usemtl material
# all the 'f' commands are listed
f 1/1 2/2 3/3 4/4
f ….

mtlib name

mtlib name

Ka R G B

Kd R G B

d value

illum value

0. Color on and Ambient off
1. Color on and Ambient on
2. Highlight on
3. Reflection on and Ray trace on
4. Transparency: Glass on, Reflection: Ray trace on
5. Reflection: Fresnel on and Ray trace on
6. Transparency: Refraction on, Reflection: Fresnel off and Ray trace on
7. Transparency: Refraction on, Reflection: Fresnel on and Ray trace on
8. Reflection on and Ray trace off
9. Transparency: Glass on, Reflection: Ray trace off
10. Casts shadows onto invisible surfaces

map_Ka square.tga          # the ambient texture map 

# A 2 x 2 square mapped with a 1 x 1 square
# texture stretched to fit the square exactly.
mtllib master.mtl
v 0.000000 2.000000 0.000000
v 0.000000 0.000000 0.000000
v 2.000000 0.000000 0.000000
v 2.000000 2.000000 0.000000
vt 0.000000 1.000000
vt 0.000000 0.000000
vt 1.000000 0.000000
vt 1.000000 1.000000
# 4 vertices
usemtl wood
# The first number is the point, then the slash, and the second is the texture point
f 1/1 2/2 3/3 4/4
# 1 element