無規(guī)矩不成方圓——STL數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)文件解析

戰(zhàn)國·鄒·孟軻《孟子·離婁上》有云：“離婁之明,，公輸子之巧,，不以規(guī)矩，不能成方圓。”意思做任何事都要有一定的規(guī)矩,、規(guī)則、做法,，否則無法成功。在今天,，3D智能數(shù)字化與3D打印實現(xiàn)了將虛擬三維轉(zhuǎn)換成實體,，而實現(xiàn)這一切的準(zhǔn)則就是STL文件格式。

STL（StereoLithography）文件格式由3D Systems公司的創(chuàng)始人查爾斯·胡爾（Charles W. Hull）于1988年發(fā)明,，當(dāng)時主要針對SLA（光固化立體成型）工藝,，現(xiàn)已成為全世界CAD/CAM系統(tǒng)接口文件格式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是3D打印機支持的最常見的3D文件格式,。

△查爾斯·胡爾

將3D模型保存為STL文件后,，物體的表面輪廓形狀會被轉(zhuǎn)換成三角形面片網(wǎng)格。每個三角形描述了它的空間位置（x,y,z坐標(biāo)及法向量）,。

△三角形面片網(wǎng)格

STL文件有兩種：一種是ASCII文本格式,，特點是可讀性好，可直接閱讀,；另一種是二進制格式,，特點是占用磁盤空間小，為ASCII文本格式的1/6左右,，但可讀性差,。但無論是ASCII文本格式，還是二進制格式,，STL文件格式都非常簡單,、一目了然,。

STL文件格式具有簡單清晰、易于理解,、易于生成及分割,、算法簡單等特點，另外輸出精度也能夠很方便地控制,。

△三角形面片網(wǎng)格

截至目前,，國內(nèi)外已有很多研究人員針對STL模型數(shù)據(jù)處理做了大量卓有成效的研究工作，這些工作主要集中在：

1. STL文件的錯誤檢測與修復(fù),。

2. STL文件模型的拓撲重建,。

3. STL文件模型的分割。

4. STL模型的分層處理（等層厚及變層厚）,。

5. 基于STL文件的三維模型分層方向優(yōu)化,。

6. 基于STL文件的支撐生成與優(yōu)化。

7. 基于STL文件的層片掃描路徑的生成及優(yōu)化,。

STL文件也存在一定的缺陷,。STL文件格式還是顯得有點過于簡單，只能描述三維物體的表面幾何信息,，不支持描述表面上的特征,，比如顏色、材質(zhì)等信息,。因此,，2011年7月，美國材料與實驗學(xué)會（ASTM）發(fā)布了一種全新的3D打印文件格式AMF（AdditiveManufacturing File）格式,。

相比STL,，AMF文件格式可處理不同類型的材料、顏色,、曲面三角形及內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)（如下圖所示）,，這正是3D打印最主要的優(yōu)勢之一。另外,，AMF采用曲面三角形,，利用法線（紅色箭頭）將此三角形細分成4個子三角形，能夠更精準(zhǔn)地描述曲面,。

△AMF文件格式：可描述漸變顏色以及曲面三角形（圖片來源：ASTM）

除此之外,，微軟聯(lián)合惠普、歐特克,、3D Systems,、Stratasys、Materialise等巨頭組成的3MF聯(lián)盟又推出了一種全新的3MF格式。因為STL格式在過去幾十年已經(jīng)被廣大3D打印機廠商普遍采用,，其它格式的文件能否得到廣泛應(yīng)用,，還有待市場的檢驗。