伴隨著各種3D建模軟件或工具的誕生，3D文件格式的種類也變得更為復(fù)雜。這篇文章里，作者便梳理了3D文件格式的發(fā)展歷程，并討論以蘋果公司為首的五大行業(yè)巨頭共同推出的OpenUSD的具體影響，一起來看看。

“HTML brought us the first wave of the internet. OpenUSD might bring us the next.”——Guido Quaroni

自從上世紀 60 年代計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design, CAD）發(fā)明以來，3D 圖形產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展，逐步覆蓋工業(yè)制造、影視游戲、VR/AR 、3D 打印等各個領(lǐng)域。而伴隨各種 3D 建模軟件、工具，誕生了種類繁多的 3D 文件格式：

各種 3D 文件格式

這些文件格式有的是專為特殊應(yīng)用場景而設(shè)計的，有的因為軟件生態(tài)的市場份額而稱霸一時，有的則逐漸被繼任者所替代。

本文就來細數(shù)一下歷來 3D 文件格式的江湖紛爭，并討論以 Apple 為首的五大行業(yè)巨頭共同推出的 OpenUSD 是否有機會一統(tǒng)江湖？

OpenUSD 聯(lián)盟創(chuàng)始成員

一、3D 文件格式的分類

3D 文件的基本功能是以計算機能夠理解的格式（純文本或二進制數(shù)據(jù)）存儲三維模型的信息，這些格式分為兩類：

1. 專有文件，例如 AutoCAD 的 DWG 文件或 Blender 的 BLEND 文件。這些文件是專為特定軟件創(chuàng)建的，因為它們經(jīng)過優(yōu)化，可以使設(shè)計過程更加快速流暢，但缺點是無法跨平臺使用；
2. 中性文件格式（Neutral File Format），這類文件格式設(shè)計的出發(fā)點是跨平臺和互操作性（Interoperability），強調(diào)文件可以跨不同的操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備使用，例如由開放行業(yè)協(xié)會 Khronos Group 推出的 glTF 格式。

下圖是部分主流 3D 文件格式的對比：

3D 文件格式對比

1. 幾何模型（IGES，STEP，STL）

早期的 3D 模型主要應(yīng)用于制造業(yè)、軍工等領(lǐng)域，因此 3D 文件只需要包含模型表面幾何數(shù)據(jù)，如 Autodesk 在上世紀 80 年代最早推出的IGES文件格式，它定義了一種通用的幾何實體表示法，如線、圓弧、曲面等，在 80 年代至 90 年代初期被廣泛使用，是當時事實上的CAD行業(yè)標準。

后來被更為先進的STEP（ISO 10303）標準所取代，后者包含了豐富和精確的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，如幾何形狀、拓撲、公差等，直到現(xiàn)在仍被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等制造業(yè)。

上世紀 80 年代最早研發(fā)和商業(yè)化 3D 打印技術(shù)的公司 3D Systems 開發(fā)了STL文件格式，成為3D打印的事實標準，一直持續(xù)到現(xiàn)在。STL 以三角形網(wǎng)格來表示 3D 模型的表面形狀：

不同網(wǎng)格數(shù)的 STL 模型文件

2. 紋理貼圖（OBJ）

同樣是在 80 年代（1979）由Wavefront公司開發(fā)的OBJ文件格式，簡單的幾何形狀（如三角形、四邊形或更復(fù)雜的多邊形）對 3D 模型的表面進行細分（平鋪）。與 STL 相比，多邊形更接近原始幾何圖形，OBJ 文件在使用與 STL 文件相同的面數(shù)的情況下，可以更準確地表征模型。

OBJ 文件格式可以更準確地編碼 3D 模型

不同模型的精度和細節(jié)對比

到了 90 年代Wavefront為 OBJ 文件格式開發(fā)了輔助的紋理貼圖文件格式（Material Template Library,MTL），OBJ文件可以引用一個或多個MTL文件（稱為 “材質(zhì)庫”），并通過名稱引用一個或多個材質(zhì)描述。

3D 模型的紋理貼圖

3. 場景 & 動畫數(shù)據(jù)（DAE，F(xiàn)BX）

2004 年 Khronos Group 發(fā)起和定制了帶有骨骼和動畫 3D 場景和角色的 Collaborative Design Activity，簡稱 COLLADA 或DAE文件。Collada文件格式是最早支持可交換骨骼動畫的3D文件格式，對行業(yè)發(fā)展帶來重要影響。

骨骼動畫

Autodesk 公司為了保證自家軟件（Maya、3ds Max等）對 3D 動畫文件的兼容性，推出與 DAE 競爭的FBX格式，借助 Autodesk 軟件市場主導(dǎo)地位的強力推廣，F(xiàn)BX 很快成為動畫制作中最常用的格式之一。此外，它還被用作一種交換格式，便于在 3ds Max、Maya、MotionBuilder、Mudbox 和其他專有軟件之間進行高保真交換。

FBX 文件對視頻游戲設(shè)計非常有用（Unity）

但需要注意的是，F(xiàn)BX 格式是一種專有文件格式，雖然可以通過與該文件格式兼容的軟件開發(fā)工具包（SDK）進行讀寫，但在本質(zhì)上 Autodesk 對這一文件格式擁有最終解釋權(quán)。

二、開源競爭（glTF vs USD）

Khronos Group 在DAE格式不斷被打壓的情況下，推出了更加輕量、更加便于 Web 傳播的格式——glTF（其二進制格式為glb），Khronos 對它的定位是3D 中的 JPEG 格式：

3D 中的 JPEG

圍繞 glTF 建立起了豐富的生態(tài)（但這張圖其實適用于大部分具有可互操作性的中性文件格式）：

glTF 生態(tài)

雖然 Khronos Group 是一個「開放」標準聯(lián)盟，但其背后掌握話語權(quán)的實際上是微軟、谷歌和Meta等巨頭公司， 而蘋果公司與 Khronos 向來不合（甚至存在法律糾紛）。

在 2018 年的開發(fā)者大會（WWDC 2018）上，蘋果宣布正在與皮克斯合作，為 AR （同時推出的還有 ARKit 2.0）創(chuàng)作提供一個叫做USDZ的新文件格式。

（要了解喬布斯與皮克斯的淵源，推薦這本由皮克斯創(chuàng)業(yè)元勛、喬布斯欽點副總裁勞倫斯·利維寫的《孵化皮克斯》）

《孵化皮克斯》

USDZ 格式輔佐著蘋果的增強現(xiàn)實技術(shù)（ARKit 、RealityKit、AR Quick Look）不斷迭代更新，一直來到 2023 年推出Apple Vision Pro，同年蘋果聯(lián)合皮克斯動畫工作室、Adobe、Autodesk、NVIDIA，共同推出了 OpenUSD 聯(lián)盟（Alliance for OpenUSD，AOUSD）。

在 AOUSD 的愿景中，Adobe 高級工程總監(jiān) Guido Quaroni 將 OpenUSD 比作是3D 內(nèi)容創(chuàng)作者的 PDF，對于 AR/VR 所承載的未來技術(shù)中（蘋果定義的空間計算），OpenUSD 將成為其基礎(chǔ)標準語言：

HTML brought us the first wave of the internet. OpenUSD might bring us the next.

HTML 為我們帶來了第一波互聯(lián)網(wǎng)浪潮。OpenUSD 可能會給我們帶來下一波浪潮。

三、蘋果：從「封閉生態(tài)」到「開源壟斷」？

在上一篇文章中我們討論了蘋果一改其「封閉生態(tài)」策略，開始主動參與并積極推動 WebXR 、 WebGPU 等開源標準，一切服務(wù)于加速推進Apple Vision Pro空間計算的內(nèi)容生態(tài)：

Unity 收費，蘋果 Vision Pro 支持 WebXR。

而到了 3D 文件格式這里，蘋果干脆自立門戶，動用其無與倫比的號召力，將整個 3D 行業(yè)每一個環(huán)節(jié)最具影響力的巨頭聚合在一起，成立開放聯(lián)盟，OpenUSD 毋庸置疑將會成為 3D 圖形世界最具影響力的文件格式。

蘋果以近似于「開源壟斷」的策略明牌入局，也許無法做到一統(tǒng)江湖，但至少為 3D 內(nèi)容創(chuàng)作鋪平了道路：在蘋果未來空間計算愿景中，OpenUSD 一定是首選的標準語言。

這段放在 AOUSD 官網(wǎng)首頁的寄語，頗有一點「殺人誅心」??

參考：

• Ben Houston’s Ultimate Guide to 3D File Formats
• The 10 Most Popular 3D File Formats
• The Alliance for OpenUSD (AOUSD): Shaping the Future of 3D Technology
• HISTORY OF 3D MODELING: FROM EUCLID TO 3D PRINTING
• The TurboSquid 3D Model License
• Claude.ai