三维模型格式全解析：从glTF到PLY，一文读懂主流3D模型格式
三维模型格式全解析：从glTF到PLY，一文读懂主流3D模型格式
随着技术的不断进步，我们进入了一个3D数字化时代，其中三维图形和模型在许多领域中扮演着重要角色，从游戏开发到影视制作，从产品设计到虚拟现实，三维模型成为了数字媒体和交互体验的重要组成部分。
为了实现三维内容的交换和共享，各种标准和格式应运而生，本文为大家介绍下主流的三维模型格式(glTF、glb、 OBJ 、FBX 、 PLY)以及各自的特点和使用场景。
#1 glTF (gl Transmission Format )
由Khronos Group于2017年发布。glTF最早由Khronos Group于2012年提出，旨在提供开放的、可交换的三维图形标准。
✓ 优点
· 可扩展性：glTF文件格式具有可扩展性，可以根据需要添加新的数据类型和属性信息，便于扩展和更新。
· 压缩性：glTF文件格式支持压缩算法，可以有效地减小文件大小，便于传输和存储。
· 广泛的行业支持：许多知名的3D引擎和应用程序都支持glTF格式。
· 快速高效：glTF文件平均小5倍，读取速度比将3D几何图形存储为人类可读文本的文件格式快10倍以上。
· 丰富的场景数据：glTF文件除了存储模型和材料外，还能够存储动画数据、骨骼、蒙皮、场景层次结构以及灯光（通过扩展）。
**✕ **缺点
· 文件大小：由于glTF格式模型是基于JSON的，因此其文件大小通常比其他3D模型格式（如OBJ或FBX）要大，这可能导致在传输和加载时消耗更多的时间和资源。
· 兼容性：尽管glTF格式模型在许多平台上都可以使用，但在一些特定的应用程序或游戏中，可能需要进行额外的转换或调整，以确保模型的正确显示。
· 不可编辑的3D模型：与FBX相比，glTF的3D模型数据的存储格式更加简单，它不允许位置、UV和法线数据使用不同的拓扑结构，这意味着修改3D模型可能非常困难。
使用场景
glTF是一种用于3D场景和模型的开放标准文件格式，它被设计为3D内容的“JPEG”，即3D内容领域中的通用、高效和交互式的文件格式，目前主要在以下的场景中使用：游戏开发、虚拟现实和增强现实、建筑可视化、工业设计和模拟。
#2 glb(gl Transmission Format Binary File )
glb 是一种用于存储三维场景和模型的高效二进制文件格式，glb是glTF 的二进制版本，由Khronos Group定义，该组织也负责OpenGL和WebGL等图形技术标准。
✓ 优点
· 单一文件格式：glb格式的主要特点是将所有的模型数据（包括结构、几何、纹理等）打包到一个单一的文件中，这使得glb文件更易于传输和加载。
· 二进制格式：glb文件是二进制格式的，可以直接被GPU读取和处理，无需进行任何预处理，这提高了渲染效率。
· glTF兼容：glb文件是完全兼容glTF规范的，支持所有的glTF特性，如PBR材质、动画、骨骼等。可以方便地将任何glTF文件转换为glb文件，反之亦然。
· 广泛支持：glb格式被许多3D应用程序和游戏引擎支持。
· 文件大小优化：glb通常比glTF文件小33%，这使得它们更适合网络传输。
· 一体化数据：glb文件包含渲染3D模型所需的所有数据，这使得它们非常适合在Web和移动应用程序中使用。
✕ *缺点*
· 编辑难度大：由于glb是二进制格式，编辑和修改比较困难，需要专业工具进行操作。
· 可扩展性受限：一旦文件生成后，修改和添加新元素可能较为困难，可扩展性有限。
· 文件结构复杂：glb文件结构包含扩展内容块，每个扩展包都以一个uint32的长度字段开始，接着是扩展的数据，这可能增加了文件结构的复杂性。
使用场景
作为glTF的二进制版本，其使用场景与glTF的一致，值得推荐使用的一点是通常情况下glb的文件大小会小于glTF，使得其能够在网页中高效加载和渲染
#3 OBJ (Wavefront Object)
OBJ是在3D软件开发中仅次于FBX的模型格式，OBJ是Wavefront Technologies于1980年代开发的一种文件格式，这也是为数不多的免费开放许可的3D文件格式之一，用户可以自由解析和使用。OBJ以文本形式存储数据，它支持多边形几何数据、顶点坐标、材质贴图坐标等基本数据，适用于简单的静态模型。然而，OBJ格式在存储大规模场景和复杂几何数据时可能会变得冗长和冗余，并且不支持高级的几何特性和动画。
✓ 优点
· 简单直观：OBJ文件格式以文本形式存储，易于人类阅读和编辑，这使得它在调试和手动修改模型数据时非常方便。
· 广泛支持：OBJ格式被广泛支持，几乎所有3D建模软件和渲染引擎都能导入和导出OBJ文件。
· 开放标准：OBJ是一种开放标准，不受任何特定公司的控制，这意味着它可以自由使用，没有版权或许可费用。
· 存储几何数据：OBJ文件可以存储顶点、法线、纹理坐标和面信息，这对于简单的3D模型来说已经足够。
· 易于脚本处理：由于OBJ文件是基于文本的，可以使用脚本来处理OBJ文件，例如批量转换、数据提取等。
✕ *缺点*
· 不支持高级特性：OBJ格式不支持复杂的材质、动画、骨骼或灯光信息，这些信息需要通过外部文件或插件来处理。
· 文件大小：对于包含大量顶点和面的复杂模型，OBJ文件可能会变得非常大，因为它们是文本格式的，相比于二进制格式，文件大小通常会更大。
· 性能问题：由于OBJ文件是文本格式的，解析和加载OBJ文件通常比解析二进制格式的文件要慢，这可能会影响性能，尤其是在处理大型场景时。
· 数据冗余：OBJ文件中的面数据通常需要重复列出每个顶点的坐标、纹理坐标和法线信息，这可能导致数据冗余。
· 缺乏统一性：OBJ格式没有统一的标准来处理所有3D数据，不同的软件可能以不同的方式实现OBJ文件的导入和导出，导致在不同软件间交换模型时可能会出现问题。
使用场景
目前OBJ格式数据主要用于3D建模、游戏开发、建筑可视化、跨平台数据交换等场景。
#4 FBX(Filmbox Format)
FBX是Autodesk公司于1996年开发的一种专有文件格式，最早用于其建模和动画软件Filmbox。随后，FBX逐渐成为业界的标准格式，并在各种三维应用中得到广泛应用。
✓优点
· 跨平台性：FBX文件格式支持多种操作系统。
· 兼容性强：FBX格式兼容多种三维建模软件。
· 功能丰富：FBX格式支持几何网格、材质、动画、骨骼等多种数据类型，是支持其格式中各种数据的黄金标准。
· 快速高效：由于FBX使用二进制格式，写入和读取数据的速度更快，且在空间方面也很有效。
· 支持复杂的动画和骨骼结构：FBX支持复杂的动画和骨骼结构，适合需要这些功能的3D建模和动画制作。
✕ *缺点*
· 不支持高级特性：OBJ格式不支持复杂的材质、动画、骨骼或灯光信息，这些信息需要通过外部文件或插件来处理。
· 文件结构复杂：FBX文件的结构相对复杂，包含多个层次的节点，每个节点可以包含不同类型的数据，这使得文件不易于手动编辑。
· 文件可能较大：尤其是包含大量动画数据时，FBX文件可能会变得较大，影响加载和处理速度。
· 二进制格式不易阅读和调试：FBX的二进制格式对于阅读和调试来说较为困难，不如基于文本的格式直观。
使用场景
FBX以其丰富的功能适用于复杂的3D建模和动画制作，非常适用于以下场景：3D建模和动画制作、游戏开发、影视制作、数字媒体领域
#5 PLY (Polygon File Format
PLY是一种用于存储三维图形的文件格式，它能够以ASCII和二进制两种格式存在，主要用于存储和快速保存及加载数据。PLY文件格式也常用于点云数据的存储，它可以包含点的位置、颜色和其他属性信息，便于点云数据的处理和分析。
✓ 优点
· 支持详细几何和属性数据：PLY文件格式能够存储顶点、面、边等几何数据，以及颜色、透明度、表面法向量等属性信息。
· 存储广泛的顶点属性：PLY文件可以存储包括颜色、纹理在内的多种顶点属性，适合需要增强视觉表现的应用场景。
· ASCII和二进制版本：PLY文件格式提供ASCII和二进制两种版本，ASCII版本易于人类阅读和编辑，而二进制版本则在存储和处理速度上更优。
· 灵活性：PLY格式因其能够存储多种几何数据元素而具有较高的灵活性，适用于3D扫描和重建等需要详细几何数据的应用。
✕ **缺点
· 支持度较低：与其他格式相比，PLY文件格式的支持度较低，一些3D打印机和CAD软件可能不支持PLY格式，需要转换为其他格式才能处理。
· 文件较大且复杂：由于包含了额外的数据，PLY文件往往比更简单的格式要大，这可能影响存储和处理速度。
· 缺乏曲线和曲面表示能力：PLY格式只能以离散的顶点为基础信息，没有表示曲线和曲面的能力。
使用场景
PLY因其数据的简单性，在以下中场景应用比较广泛：3D扫描、3D建模和可视化、三维打印、点云数据处理。
综上所述，三维模型数据格式的多样性为不同领域的专业人士提供了丰富的选择。正确选择和使用这些格式，将对提高工作效率、确保数据兼容性以及满足特定应用需求产生深远的影响。因此，深入了解各种格式的特性，并根据实际应用场景做出合适的选择，是每一位3D领域从业者必须掌握的关键技能。