探索 12 种 3D 文件格式：综合指南

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3D 文件格式是专门的数字格式，旨在存储有关三维对象的信息，包括其几何形状、外观和动画。设计师和架构师在选择适当的格式时面临着关键决策，因为每种格式都服务于不同的专业应用和工作流程要求。选择正确的 3D 文件格式可以防止打印质量差、兼容性问题和文件大小增加等可能影响项目交付的问题。

本指南研究了专业设计工作流程中常用的 12 种格式，并为每种格式提供了详细的规范和应用环境。室内设计师、外部设计师和建筑师将发现符合其项目要求的格式特征，从概念可视化到最终演示可交付成果。继续阅读以掌握格式选择策略，以简化您的设计流程并增强项目团队之间的协作。

 

1. 3DS MAX

Autodesk 的 3DS MAX 格式通过全面的 3D 建模功能为室内、室外、建筑可视化、游戏开发和电影制作提供服务。该软件从 1990 年的 3D Studio 发展成为专业设计工作流程的行业标准，到 2002 年结合了 MAXScript 自动化和 mental ray 渲染。建筑公司依靠这种格式来创建详细的建筑可视化和室内设计演示。

该格式采用多边形网格、样条线和 NURBS 曲面来表示具有参数化建模支持的复杂几何结构。存储通过本机 .MAX 文件包含完整的场景数据，包括几何体、材质、照明配置和摄像机位置，同时保持与 FBX 和 OBJ 等格式的兼容性。该系统从外部软件和某些专有着色器数据中排除了程序生成历史记录，在某些情况下限制了跨平台工作流程集成。

高多边形模型和嵌入纹理数据会显着扩展文件大小，因此需要优化策略，例如减少几何形状和清理材质，以保持可管理的存储需求。

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Autodesk 的 3DS MAX 格式服务于室内、室外、建筑可视化、游戏开发和电影制作

 

2. FBX

Autodesk 的 FBX 格式促进数字内容创建工具之间的无缝数据交换，保留复杂的场景信息，包括几何体、材质和照明配置。Kaydara 于 1996 年开发了这种互作性解决方案，然后于 2006 年被 Autodesk 收购，在建筑可视化和设计工作流程中建立了全行业的采用。室内设计师、外部建筑师和可视化专家依靠FBX在Maya、3ds Max、Unity和虚幻引擎平台之间传输详细的建筑模型。

多边形网格数据构成了主要的几何表示方法，支持用于动态呈现的分层场景结构和动画装备。二进制和 ASCII 存储变体可满足不同的工作流程要求，二进制格式提供紧凑的文件大小，而 ASCII 版本则提供人类可读的编辑功能。场景层次结构和元数据封装可以在软件转换期间完全保留项目。

该格式不包括来自非Autodesk应用程序的程序生成历史记录和高级模拟缓存，这可能会限制跨平台兼容性。随着复杂的建筑场景和嵌入式纹理库的出现，文件大小会大幅扩展，而软件实现之间的版本差异偶尔会造成传输复杂性。

 

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Autodesk 的 FBX 格式促进无缝数据交换

 

3. OBJ

Wavefront Technologies 在 1980 年代为其 Advanced Visualizer 软件开发了 OBJ 格式，为静态 3D 模型建立了通用交换标准。建筑专业人士采用这种格式跨多个软件平台进行建筑可视化、室内设计演示和外部渲染工作流程。该格式支持 3D 打印应用，使其对于建筑模型制造和设计原型制作过程非常有价值。

多边形网格构成几何基础，通过三角形和四边形存储顶点、法线、纹理坐标和面定义。自由形状曲线和 NURBS 曲面增强了复杂建筑元素（例如弯曲立面和有机内部特征）的建模能力。该格式不包括动画数据、场景层次结构、照明配置和绑定信息，将其使用限制为静态几何表示。

ASCII 文本文件 （.obj） 与配套材料文件 （.mtl） 配对，提供人类可读的存储空间，设计人员可以使用文本编辑器直接进行编辑。文件大小随着模型复杂性和纹理引用的增加而成比例增加;然而，压缩算法有效地降低了存储需求。二进制变体存在但缺乏标准化，这使得 ASCII 格式对于跨平台架构协作和长期项目归档更加可靠。

 

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Wavefront Technologies 在 1980 年代开发了 OBJ 格式

 

4. STL

STL 格式于 1987 年在 Chuck Hull 的指导下开发，用于立体光刻应用，为当代增材制造工作流程奠定了基础。这种标准化格式以其简单性和跨平台兼容性成为 3D 打印和快速原型制作的行业基准，使建筑模型制造商和产品设计师能够将数字概念转化为物理原型。

三角形细分构成了几何基础，每个三角形通过三个顶点和 3D 空间中相应的法线向量来定义。表面表示专门捕获外部边界，将复杂的弯曲几何形状转换为适合制造过程的多面近似值，同时排除颜色信息、材料属性和数学表面定义。

ASCII 和二进制存储变体可满足不同的工作流程要求，二进制格式为复杂模型提供紧凑的文件大小。文件尺寸随着三角形密度和几何复杂性成比例地扩展，尽管与现代替代方案相比，压缩能力仍然有限，因此需要考虑需要多种材质表示的详细建筑可视化。

 

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STL 格式于 1987 年在 Chuck Hull 的指导下开发，用于立体光刻应用

 

5. 科拉达

Collada 由索尼电脑娱乐公司在 2000 年代初期开发，是一种开放的交换格式，用于在数字内容创建工具和渲染引擎之间传输复杂的 3D 资产。Khronos 集团现在管理这种标准化格式，该格式已获得 ISO/PAS 17506 认证，并广泛应用于游戏、电影制作和建筑可视化工作流程。工程专业人士和建筑设计师利用 Collada 在虚拟仿真和建筑信息建模应用中实现无缝资产交换。

基于 XML 的架构将多边形网格、场景层次结构、动画数据和材质规范存储在结构化的数字资产交换 （.dae） 文件中。这种方法支持静态建筑模型和动画演示，同时保持人类可读的文本格式以实现直接编辑功能。该格式排除了程序生成历史和专有模拟数据，限制了基本定义之外的高级物理表示。

由于冗长的 XML 结构，文件大小显着扩大;然而，压缩算法有效地减轻了存储问题，同时保留了专业设计协作的跨平台互作性标准。

 

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Collada 由索尼电脑娱乐公司在 2000 年代初期开发

 

6. IGES

美国空军、NIST 和包括波音在内的行业领导者在 1970 年代后期开发了 IGES，以解决 CAD 系统不兼容问题，并于 1980 年实现了 ANSI 标准化。航空航天、汽车和国防工业已采用这种中换格式在工程系统之间传输精确的 2D 和 3D CAD 数据。同时，建筑专业人士利用 IGES 在集成设计平台上共享技术图纸和制造规范。

线框图、自由曲线、边界表示模型和构造实体几何通过包含精密应用数学定义的 ASCII 文本记录构成几何基础。该格式支持高精度几何数据，同时排除参数化建模历史、复杂材料属性和现代仿真数据集，Unicode 限制会影响元数据丰富的项目。

纯文本 ASCII 文件（.igs 或 .iges）通过结构化部分组织数据，以实现人类可读的格式。尽管文件大小随着几何复杂性的增加而成比例地扩展，与二进制替代方案相比，它们产生了更大的存储需求，但它们保持了广泛的跨平台工程兼容性。

 

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IGES 是在 1970 年代后期开发的，旨在解决 CAD 系统不兼容问题

 

7. 步骤

ISO 在 1980 年代后期建立了 STEP 格式，并于 1994 年发布了 ISO 10303，以解决跨工程学科的专有 CAD 系统不兼容问题。这种标准化格式可以在制造和设计平台之间交换详细的 3D 数据，包括几何形状、装配体和技术元数据，从而促进无缝集成。航空航天、汽车和精密制造领域利用 STEP 进行协作设计工作流程、工程分析和技术文档存档。

通过 NURBS、边界表示实体和参数化曲面实现的数学精度形成了几何框架，支持结构化格式中的装配层次结构和运动学关系。该规范不包括视觉效果、动画功能和高级材料属性，专注于工程精度而不是美学呈现。场景照明和纹理映射仍然不可用，这限制了需要全面视觉文档的应用程序的使用。

ASCII 文本文件（.step、.stp）利用 EXPRESS 模式架构，组织几何定义和组件关系以实现跨平台工程协作，同时保持全面的技术数据保留标准。

 

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ISO 在 1980 年代后期建立了 STEP 格式

 

8. VRML/X3D

基于 Web 的 3D 可视化建立在 1995 年引入 VRML 奠定的基础上，并于 1997 年获得 ISO 认可。X3D 的发展进一步扩大了这一基础，X3D 在 2000 年代初期引入了 XML 架构和增强的功能。交互式对象描述和沉浸式世界环境是这些格式在多媒体、科学研究和建筑演示平台上的应用的特征。设计专业人士利用 VRML/X3D 创建虚拟环境、开发教育内容并提供全面的基于 Web 的可视化解决方案。

分层场景图集成了多边形几何体、参数化表面和动画框架，同时适应照明规范和交互式脚本协议以支持动态用户体验。X3D 结合了先进的着色器技术、地理位置和元数据系统，支持复杂的建筑可视化要求。高级模拟数据、程序生成历史记录和专有扩展兼容性仍然被排除在标准实现之外。

存储架构包括 VRML 的基于文本 （.wrl） 和压缩 （.wrz） 格式，以及 X3D 的 XML （.x3d）、二进制 （.x3db） 和优化的压缩变体，可满足不同的带宽和性能规格。

 

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基于 Web 的 3D 可视化是在 1995 年引入 VRML 奠定的基础上建立的

 

9. AMF

ASTM International 于 2011 年开发了 AMF 格式，以解决 STL 格式的局限性，到 2013 年实现 ISO 52915 标准化，并于 2020 年引入了 1.2 版的增强功能。这种基于 XML 的规范通过颜色集成、多种材料兼容性和复杂制造工艺的内部晶格结构来支持先进的增材制造。医疗设备生产、航空航天制造和建筑原型制作利用 AMF 的精密定制能力。

与传统的 STL 表示相比，弯曲三角形细分可以实现精确的表面建模，同时降低多边形密度，同时将颜色、纹理和材料规格集成到全面的几何定义中。程序历史、动画数据和场景层次结构仍然被排除在外，将应用特别集中在增材制造工作流程上。

基于 XML 的 .amf 文件提供人类可读的格式、压缩效率和可扩展的架构，支持每个文件多个对象。与 STL 相比，存储要求通常通过优化的表面表示降低;然而，嵌入式规范增加了文件尺寸，而采用的进步则满足了复杂的 3D 打印需求。

 

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ASTM International 于 2011 年开发了 AMF 格式，以解决 STL 格式的局限性

 

10. 3MF

由 Microsoft 和行业领导者于 2015 年成立的 3MF 联盟开发了这种格式，以解决 STL 和 AMF 的局限性，同时增强跨平台制造兼容性。完整的模型存储包括用于全面增材工作流程的槽型、材料、颜色规格和打印设置。CAD 应用程序、切片软件和制造系统利用 3MF 进行设计模拟和打印机兼容性。

三角形网格几何体通过光束延伸集成颜色、纹理和材料属性，同时通过压缩 XML 架构支持切片指令。弯曲三角形支撑和程序建模历史仍然被排除在外，将应用程序集中在制造而不是传统设计工作流程上。动画功能超出预期规范。

压缩 XML （.3mf） 格式提供压缩效率和人类可读的结构，在单个文件中容纳多个对象和元数据，以增强互作性。

 

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Microsoft 与行业领导者于 2015 年成立的 3MF 联盟

 

11. 美元/美元兹

皮克斯开发了 USD 作为一种通用的场景描述格式，并于 2016 年开源了该技术，用于跨数字管道的协作、无损编辑。Apple 引入了 USDZ 作为针对 AR 体验优化的存档变体，并通过 OpenUSD 联盟获得了支持。建筑可视化、电影制作和数字应用程序利用美元/美元兑现进行资产管理和集成。

多边形网格、NURBS 补丁和分层场景图构成了几何基础，支持高级着色和基于物理的渲染工作流程。程序建模历史记录、模拟缓存和实时行为仍然不受支持，USDZ 为移动优化保持只读约束。非标准材料定义面临兼容性限制。

存储包括 USD（.usd、.usda ASCII 和 .usdc 二进制文件）和 USDZ 零压缩存档，其中包含几何体、纹理和音频，用于快速访问而不是压缩效率。

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皮克斯将USD开发为通用场景描述格式

 

12. 全球贸易论坛

地理空间专家在 1990 年代开发了 GeoTIFF，以标准化测绘和遥感应用的地理配准图像，扩展 TIFF 功能以实现精确的空间数据管理。地球科学、卫星成像和地理信息系统采用这种格式进行分析工作流程。数字高程建模和航空摄影利用 GeoTIFF 进行地理记录和场地分析。

像素网格编码在 TIFF 框架内包含地理配准元数据，包括坐标系、地图投影和空间分辨率参数。矢量几何、动画序列和 3D 网格数据仍然被排除在外，从而限制了对栅格数据集和空间元数据的应用。高级建模功能不属于格式规范。

带有嵌入式 GeoTIFF 标签的标准 TIFF （.tif） 文件支持高达 4GB 的经典格式和用于较大数据集的 BigTIFF 变体。文件尺寸会随着高分辨率影像和多波段数据而扩展，尽管压缩算法可以管理存储要求，同时保持专业空间工作流的跨平台 GIS 兼容性。

 

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地理空间专家在 1990 年代开发了 GeoTIFF

 

13. 如何为您的项目选择合适的 3D 文件格式？

专业人士在为建筑和设计应用选择最佳 3D 文件格式时会考虑六个关键标准，以确保项目要求符合技术规范和工作流程兼容性。

• 定义项目的目的：室内设计和建筑可视化受益于 OBJ、FBX 或 Collada 格式，这些格式支持渲染软件兼容性。相比之下，3D 打印应用需要 STL 用于基本几何形状或 3MF 用于颜色集成。

• 评估兼容性：建模软件、渲染引擎和输出设备的格式支持决定了工作流程效率。OBJ 和 STL 等通用格式为无缝协作提供了广泛的跨平台兼容性。

• 考虑模型复杂性和数据需求：简单的几何形状利用 STL 或 PLY 格式进行快速原型制作，而可能包含纹理、动画或材料规格的复杂模型则需要 FBX 或 USD 等高级格式。

• 评估纹理和颜色要求：需要保留材料数据的项目受益于 OBJ、FBX、Collada 或 3MF 格式，这些格式在整个设计开发和演示阶段保留视觉保真度和表面特征。

• 优化文件大小和工作流程：几何体简化和纹理压缩降低了存储要求，同时保持了视觉质量，跨目标平台的性能测试可确保数据完整性和运营效率。

• 将格式与工作流阶段匹配：草稿文档使用 DWG 格式，可视化采用 FBX 规范，建筑信息模型需要 RVT 文件，制造应用程序利用 STL 或 OBJ 进行生产工作流程。

 

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专业人士在选择最佳 3D 文件格式时考虑六个关键标准

 

14. 结论

这本综合指南研究了十二种专门的 3D 文件格式，涵盖技术规范、几何表示方法和专业应用，同时解决了建筑可视化专家面临的兼容性挑战。格式选择标准、工作流程优化策略和实际考虑因素为项目特定要求提供了决定性的框架，使专业人员能够将技术规范与设计目标相匹配。

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