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雜。這篇文章里，作者便梳理了3D文件格式的發展歷程，并討論以蘋果公司為首的五大行業巨頭共同推出的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 年代計算機輔助設計（Computer Aided Design, CAD）發明以來，3D 圖形產業繁榮發展，逐步覆蓋工業制造、影視游戲、VR/AR 、3D 打印等各個領域。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用場景而設計的，有的因為軟件生態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 為首的五大行業巨頭共同推出的 OpenUSD 是否有機會一統江湖？

OpenUSD 聯盟創始成員

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（純文本或二進制數據）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建的，因為它們經過優化，可以使設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），這類文件格式設計的出發點是跨平臺和互操作性（Interoperability），強調文件可以跨不同的操作系統、應用程序和設備使用，例如由開放行業協會 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 模型主要應用于制造業、軍工等領域，因此 3D 文件只需要包含模型表面幾何數據，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品模型數據，如幾何形狀、拓撲、公差等，直到現在仍被廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等制造業。

上世紀 80 年代最早研發和商業化 3D 打印技術的公司 3D Systems 開發了STL文件格式，成為3D打印的事實標準，一直持續到現在。STL 以三角形網格來表示 3D 模型的表面形狀：

不同網格數的 STL 模型文件

2. 紋理貼圖（OBJ）

同樣是在 80 年代（1979）由Wavefront公司開發的OBJ文件格式，簡單的幾何形狀（如三角形、四邊形或更復雜的多邊形）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對比

到了 90 年代Wavefront為 OBJ 文件格式開發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 “材質庫”），并通過名稱引用一個或多個材質描述。

3D 模型的紋理貼圖

3. 場景 & 動畫數據（DAE，FBX）

2004 年 Khronos Group 發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，對行業發展帶來重要影響。

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 軟件市場主導地位的強力推廣，FBX 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 文件對視頻游戲設計非常有用（Unity）

但需要注意的是，FBX 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工具包（SDK）進行讀寫，但在本質上 Autodesk 對這一文件格式擁有最終解釋權。

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（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

雖然 Khronos Group 是一個「開放」標準聯盟，但其背后掌握話語權的實際上是微軟、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業元勛、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實技術（ARKit 、RealityKit、AR Quick Look）不斷迭代更新，一直來到 2023 年推出Apple Vision Pro，同年蘋果聯合皮克斯動畫工作室、Adobe、Autodesk、NVIDIA，共同推出了 OpenUSD 聯盟（Alliance for OpenUSD，AOUSD）。

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

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網浪潮。OpenUSD 可能會給我們帶來下一波浪潮。

三、蘋果：從「封閉生態」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」策略，開始主動參與并積極推動 WebXR 、 WebGPU 等開源標準，一切服務于加速推進Apple Vision Pro空間計算的內容生態：

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 行業每一個環節最具影響力的巨頭聚合在一起，成立開放聯盟，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，也許無法做到一統江湖，但至少為 3D 內容創作鋪平了道路：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