Tìm hiểu về File 3D - Kiến thức căn bản cho người học Blender nói riêng và Đồ Họa nói chung

Định dạng tệp 3D là gì?

giphy

Là tệp hay còn gọi là file,lưu trữ thông tin về các mô hình 3D dưới dạng văn bản thuần hoặc dữ liệu nhị phân. Cụ thể, họ mã hóa hình học , ngoại hình , cảnh và hoạt hình của mô hình 3D .

Có bao nhiêu định dạng tệp 3D?

Vấn đề với các định dạng tệp 3D là có hàng trăm trong số chúng . Mỗi nhà sản xuất phần mềm CAD như AutoDesk và Blender đều có định dạng độc quyền riêng được tối ưu hóa cho phần mềm của họ. Vì vậy, nếu bạn sử dụng AutoCAD, bạn sẽ nhận được tệp DWG. Nếu bạn sử dụng Blender, bạn sẽ nhận được tệp BLEND.

Định dạng tệp 3D độc quyền cản trở khả năng tương tác

Tuy nhiên, sự hiện diện của rất nhiều định dạng tệp độc quyền là một vấn đề lớn. Giả sử bạn sử dụng AutoCAD (là sản phẩm AutoDesk) và bạn của bạn sử dụng Blender. Giả sử bạn cũng muốn chia sẻ mô hình 3D của mình với bạn bè.

Điều này không dễ dàng. Phần mềm AutoCAD của bạn cung cấp cho bạn tệp DWG vì đây là định dạng AutoCAD gốc. Nhưng phần mềm của bạn bè bạn dùng là Blender, chỉ có thể hoạt động với tệp BLEND. Điều này có nghĩa là hai bạn không thể làm việc trên cùng một mô hình 3D.

Định dạng tệp 3D trung tính Giải quyết vấn đề này

3d_file_sharing
Để giải quyết vấn đề về khả năng tương tác, các định dạng trung tính hoặc nguồn mở được phát minh thành các định dạng trung gian để chuyển đổi giữa hai định dạng độc quyền. Đương nhiên, các định dạng này đã trở nên rất phổ biến bây giờ.
Độc quyền so với trung tính là một trong những sự phân chia quan trọng nhất trong thế giới định dạng tệp 3D. Ngày nay, hầu hết các phần mềm mô hình 3D đều hỗ trợ đọc và viết các định dạng trung tính phổ biến. Ngoài ra, hầu hết các phần mềm cũng hỗ trợ đọc và ghi vào một tập hợp con các định dạng độc quyền phổ biến đến mức không thể bỏ qua. Chúng tôi sẽ thảo luận về 8 định dạng tệp 3D như vậy trong bài viết này. Dưới đây là danh sách, nơi các định dạng tệp 3D được chia loại phù hợp.

Các tính năng chung của định dạng tệp 3D

Như chúng ta đã thảo luận trước đó, các tính năng chung của định dạng tệp 3D là:

  1. Mã hóa hình học của mô hình 3D
  2. Lưu trữ mô hình 3D
  3. Lưu thông tin cảnh
  4. Mã hóa hình ảnh động

1.1 HÌNH HỌC ĐỊNH DẠNG TỆP 3D: LƯỚI GẦN ĐÚNG

Ghi chú: Cho 2 điểm AB,nối 2 điểm AB thành 1 đoạn thẳng và thêm mũi tên ở đoạn B sẽ cho ra véc tơ (vector)
Vector Pháp tuyến của Mặt Phẳng là vector vuông góc với mặt phẳng
Trong mã hóa này, bề mặt của mô hình 3D trước tiên được phủ bằng một lưới các đa giác nhỏ. Hình tam giác được sử dụng phổ biến nhất. Các đỉnh của các tam giác bao phủ và vectơ pháp tuyến hướng ra ngoài cho các tam giác được lưu trữ trong tệp. Điều này đại diện cho hình dạng bề mặt của mô hình mục tiêu.

1 Like

Ghi chú: Cho 2 điểm AB,nối 2 điểm AB thành 1 đoạn thẳng và thêm mũi tên ở đoạn B sẽ cho ra véc tơ (vector)
Vector Pháp tuyến của Mặt Phẳng là vector vuông góc với mặt phẳng
vertices-and-normal
unnamed
Véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng có thể được sinh ra từ tích có hướng của 2 vec tơ chỉ phương của mặt phẳng
Véc tơ chỉ phương là véc tơ nằm trên mặt phẳng
tich-co-huong

1 Like

Quá trình che phủ một bề mặt với các hình dạng hình học không chồng chéo còn được gọi là Tessname trộm. Do đó các định dạng tệp này cũng được gọi là định dạng tessellated.

Các hình tam giác gần đúng với hình dạng mịn của bề mặt. Do đó đây là một định dạng gần đúng. Sự gần đúng trở nên tốt hơn khi các hình tam giác trở nên nhỏ hơn. Tuy nhiên, các hình tam giác càng nhỏ thì số lượng hình tam giác bạn cần để cắt lát bề mặt càng lớn. Điều này ngụ ý rằng tệp cần lưu trữ một số lượng lớn hơn các đỉnh và vectơ pháp tuyến. Do đó, độ mịn tốt hơn với chi phí tăng kích thước tệp.
increasing-resolution
Các định dạng gần đúng hoặc sắp xếp được sử dụng tốt nhất trong các tình huống mà bạn không cần độ phân giải siêu mịn của mô hình 3D. Một ví dụ điển hình là in 3D. Máy in 3D không thể in vượt quá một độ phân giải nhất định và do đó, loại định dạng tệp in 3D này là hoàn hảo. Trong thực tế, định dạng tệp in 3D phổ biến nhất STL thực sự thuộc về lớp định dạng tệp này.

1 Like

1.2 ĐỊNH DẠNG TỆP 3D HÌNH HỌC 2: LƯỚI CHÍNH XÁC

nurbs
Một ví dụ về các bản vá NURBS mã hóa chính xác hình dạng bề mặt cong. Các chấm đỏ là các điểm kiểm soát của NURBS.

Tất nhiên, có những tình huống trong đó mã hóa gần đúng của mô hình 3D là không đủ và người ta cần mã hóa chính xác hình học bề mặt. Ví dụ, khi chế tạo thân máy bay, đặc biệt là thân tàu tròn, một lưới đa giác rời rạc sẽ không khả dụng. Mặc dù mô hình có thể trông tốt ở độ phân giải nhỏ, các mặt phẳng và góc nhọn sẽ trở nên rõ ràng khi nhìn gần.

Các định dạng tệp chính xác khắc phục vấn đề này bằng cách sử dụng các bản vá B-Spline Rational không đồng nhất (hoặc NURBS) thay vì đa giác. Các bề mặt tham số này được tạo thành từ một số lượng nhỏ các điểm kiểm soát có trọng số và một tập hợp các tham số gọi là nút thắt. Từ các nút thắt, một bề mặt có thể được tính toán bằng cách nội suy trên các điểm kiểm soát.

Các bề mặt này trông trơn tru ở bất kỳ tỷ lệ nào và có thể sao chép hình dạng bề mặt của một phần nhỏ của mô hình 3D chi tiết chính xác. Tuy nhiên, luôn có sự đánh đổi. Mặc dù lưới chính xác là chính xác ở bất kỳ độ phân giải nào, chúng sẽ hiển thị chậm hơn và nên tránh trong các ứng dụng trong đó kết xuất nhanh là quan trọng.

1 Like

1.3 ĐỊNH DẠNG TỆP 3D HÌNH HỌC 3: HÌNH HỌC KHỐI XÂY DỰNG HAY CÒN GỌI LÀ CSG

Cuối cùng, có một loại định dạng tệp khác hoàn toàn không liên quan đến lưới. Trong định dạng này, các hình dạng 3D được xây dựng bằng cách thực hiện các thao tác boolean (cộng hoặc trừ) các hình dạng nguyên thủy như hình khối, hình cầu, v.v. Ví dụ, để tạo một quả tạ, người ta có thể chỉ cần lấy hai quả cầu và thêm một thanh hình trụ nối giữa. Nếu bạn đã từng sử dụng một phần mềm CAD, thì bạn đã hiểu cách nó hoạt động, bởi vì hầu hết trong số họ sử dụng nguyên tắc này.
duoi3d2
Xây dụng khối hình học là tuyệt vời để thiết kế mô hình 3D và rất thân thiện với người dùng. Một lợi thế lớn khác là mỗi bước chỉnh sửa riêng lẻ (cộng, trừ, biến đổi hình dạng nguyên thủy) được lưu trữ ở định dạng tệp 3D này. Do đó, người ta có thể hoàn tác và làm lại bất kỳ bước nào bất cứ lúc nào.

Rõ ràng, nếu bạn chuyển đổi định dạng này sang định dạng dựa trên lưới, bạn sẽ mất thông tin về các bước chỉnh sửa riêng lẻ.

1 Like

2.1 ĐỊNH DẠNG TỆP 3D XUẤT HIỆN: ÁNH XẠ KẾT CẤU

Ánh xạ: Cho 2 tập hợp X và Y,với mỗi x thuộc tập X sẽ tương ứng với 1 y thuộc tập Y
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 hiển thị 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.

Hầu hết các định dạng tệp 3D đều hỗ trợ ánh xạ kết cấu. Trong trường hợp này, hình ảnh 2D chứa thông tin kết cấu cần được lưu trữ trong cùng một tệp hoặc riêng biệt trong một tệp khác.
texture_map

1 Like

2.2 GIAO DIỆN ĐỊNH DẠNG TỆP 3D: THUỘC TÍNH MẶT

Một cách phổ biến khác để lưu trữ thông tin kết cấu là gán cho mỗi mặt của lưới một tập các thuộc tính. Các thuộc tính phổ biến bao gồm màu sắc, kết cấu và loại vật liệu.

Ngoài ra, một bề mặt có thể có một thành phần đặc biệt cho biết màu sắc và cường độ phản xạ gương thực sự của các nguồn sáng và các bề mặt khác gần đó. Bề mặt có thể trong suốt hoặc bán trong suốt. Điều này được mã hóa bởi một thành phần truyền dẫn mô tả màu sắc và cường độ ánh sáng truyền qua bề mặt. Bề mặt trong suốt thường làm biến dạng ánh sáng đi qua chúng. Sự biến dạng này được biểu thị bằng một chỉ số thuộc tính khúc xạ , liên quan đến loại vật liệu của mô hình.
transparent_chair
Một mô hình 3D trong suốt của một chiếc ghế. Sự chính xác được mã hóa như một tài sản của từng cạnh riêng lẻ.

3.Định dạng tệp 3D: Thông tin cảnh

Khả năng mã hóa thông tin về cảnh là một tính năng quan trọng khác của một số định dạng tệp 3D. Khung cảnh mô tả bố cục của mô hình 3D về ảnh, nguồn sáng và các mô hình 3D khác gần đó.

Ảnh được xác định bởi bốn thông số: độ phóng đại và điểm chính, vị trí, hướng ảnh đang đối mặt và một mũi tên chỉ ra hướng nào là hướng lên.

Mã hóa của nguồn sáng phụ thuộc vào bản chất của nguồn sáng. Trong trường hợp đơn giản nhất của nguồn điểm, chúng ta chỉ cần lưu trữ vị trí của nguồn, màu và cường độ của nguồn.


Một số định dạng tệp 3D có khả năng mã hóa thông tin về ánh sáng, như thể hiện trong hình ảnh này.
Mối quan hệ không gian giữa mô hình 3D và các mô hình lân cận khác đôi khi cũng được lưu trữ. Điều này đặc biệt quan trọng nếu mô hình được tạo thành từ nhiều phần, cần được bố trí theo một cách nhất định để tạo nên cảnh.

Điều đáng chú ý là hầu hết các định dạng tệp 3D thường không hỗ trợ thông tin cảnh. Điều này bắt nguồn từ lý do thực tế. Khi nói đến bố cục, người ta luôn có thể đảm bảo rằng các bộ phận của mô hình được đặt ở vị trí chính xác trước khi lưu mô hình. Trong trường hợp này, định dạng tệp không cần xác định rõ ràng mối quan hệ giữa các phần. Các thuộc tính máy ảnh và ánh sáng cũng có thể bị bỏ qua vì dự kiến ​​người dùng sẽ thay đổi vị trí ảnh khi họ điều hướng xung quanh một cảnh.