GLTF in STL umwandeln

Ein glTF-Modell und eine STL-Datei sind für gegensätzliche Aufgaben gebaut, und das merkt man an allem, was sie speichern. glTF trägt einen Szenengraphen, Materialien, Texturen, UV-Koordinaten, Normalen, Animationsspuren und Kameras, weil sein Zweck ist, bei einem Renderer anzukommen und gut auszusehen. Eine STL-Datei trägt nur eine Liste von Dreiecken mit je einer Normalen, weil ihr Zweck ist, bei einem Slicer anzukommen und zerlegt zu werden.

Diese Umwandlung behält genau die Schnittmenge — die Dreiecke. Alles andere fällt weg, und das ist die richtige Entscheidung, nicht ein Mangel: Ein Slicer hat keinen Platz für eine Grundfarbentextur, und ein Drucker kann sie ohnehin nicht wiedergeben. Ein Museumsobjekt, dessen Reiz in seiner Oberfläche lag, kommt danach als schlicht graues Volumen an.

Eine .gltf-Datei ist JSON, und die Spezifikation erlaubt es, die eigentlichen Geometriedaten entweder direkt eingebettet oder in einer separaten .bin-Datei danebenzulegen. Exportprogramme entscheiden sich fast immer für die zweite Variante, deshalb ist die übliche Form eines heruntergeladenen glTF-Modells ein ganzer Ordner: scene.gltf, scene.bin und ein Textur-Verzeichnis.

Eine Umwandlung hier nimmt eine Datei entgegen und liefert eine Datei zurück — ein glTF, dessen Geometrie in der Nachbardatei liegt, hat also gar keine Geometrie zum Lesen. Wer diese Meldung bekommt, exportiert das Modell stattdessen als GLB, dieselbe Datei mit allem in einem einzigen Container, und die Umwandlung funktioniert danach ohne weitere Diskussion.

Das erwischt fast jeden einmal. glTF legt keine Einheit fest, aber jedes Werkzeug rund um das Format behandelt eine Einheit als einen Meter, deshalb ist ein digitalisiertes Kleinobjekt im Rohmaß winzig. STL legt ebenfalls keine Einheit fest, und jeder Slicer behandelt eine Einheit als einen Millimeter. Die Zahl bleibt exakt erhalten, ihre Bedeutung ändert sich darunter.

Das Ergebnis ist ein Modell, das auf der Druckplatte fast unsichtbar klein ankommt, und die Korrektur ist, im Slicer um den Faktor 1000 zu skalieren. Am besten gegen ein bekanntes Maß prüfen — die Breite eines Sockels, die Höhe eines markanten Details — statt sich auf den Augenschein zu verlassen.

Eine glTF-Szene platziert ein Netz oft mehrfach mit unterschiedlichen Matrizen — das Standardbeispiel sind vier Räder, die auf ein gemeinsames Rad-Netz verweisen. Die Umwandlung durchläuft den Szenengraphen, verrechnet jede Knotenmatrix mit der ihres übergeordneten Knotens und wendet die entstehende Weltmatrix auf die Punkte an, bevor sie geschrieben werden.

Die sichtbare Form stimmt danach, die Struktur ist verschwunden. Vier Räder kommen als vier separate Dreiecksmengen an vier Stellen an statt als ein einziges viermal instanziiertes Netz, und die Datei fällt entsprechend größer aus, als sie hätte sein können.

Eine STL-Datei kennt kein Objekt, keine Gruppe und keinen Namen — sie ist eine einzige Liste von Dreiecken von Anfang bis Ende. Alle Netze, die beim Durchlaufen der Szene gefunden werden, landen in dieser einen Liste, sodass ein Modell aus Gehäuse, Deckel und Griff als eine Datei mit drei getrennten geschlossenen Hüllen ankommt.

Slicer wie PrusaSlicer oder Cura erkennen getrennte Hüllen üblicherweise und bieten an, sie auf der Druckplatte zu trennen. Was dabei verloren geht, sind die Namen — die Teile heißen danach „Part 1", „Part 2" und so weiter statt wie im glTF benannt. Zählen die Namen, ist OBJ oder 3MF als Ziel die bessere Wahl, weil beide sie behalten.

Drei Ablehnungen, jede mit eigener Meldung. Draco-komprimierte Geometrie stoppt sofort, weil KHR_draco_mesh_compression Punktdaten in einem eigenen Strom speichert, für den hier kein Dekoder mitgeliefert wird. Ein glTF mit externer .bin-Datei stoppt aus dem oben genannten Grund. Eine Datei ohne jede Dreiecksgeometrie meldet, dass nichts gefunden wurde.

Eine Sache wird übersprungen statt abgelehnt: Primitiven, die keine Dreieckslisten sind. Modus 4 in glTF sind Dreiecke; die Modi 0 bis 3 sind Punkte und Linien, die Modi 5 und 6 sind Dreiecksstreifen und -fächer. Solche Streifen sind legitime Oberflächengeometrie und werden übergangen, ein damit exportiertes Modell kommt also mit weniger Dreiecken an, als es eigentlich hat. Fällt die Dreieckszahl im STL deutlich niedriger aus als erwartet, liegt es an dieser Stelle.

Eine STL-Datei kostet fünfzig Byte je Dreieck plus einen vierundachtzig Byte langen Kopf, exakt und immer: zwölf Byte Normale, sechsunddreißig Byte Koordinaten, zwei übrig. Das Format kennt kein gemeinsames Nutzen von Punkten, eine von sechs Dreiecken geteilte Ecke wird also sechsmal geschrieben.

Ein glTF speichert jeden Punkt einmal und verweist per Index darauf, was für dieselbe Oberfläche typischerweise drei- bis viermal kompakter ist. Bei der freien Obergrenze von 100 MB entspricht das etwa zwei Millionen Dreiecken — mehr, als die meisten Slicer ohnehin noch flüssig verarbeiten.

Die Umwandlung selbst ist die leichtere Hälfte. Für Darstellung gebaute Modelle bestehen häufig aus Flächen statt aus Volumen: ein Umhang ohne Materialstärke, ein Fenster als reine Ebene, Arme, die den Körper durchdringen statt ihn zu berühren. Ein Renderer stört das nicht. Ein Slicer muss entscheiden, was innen und was außen ist, und eine Fläche ohne Stärke hat kein Innen.

Eine Reparatur vor dem Druck einzuplanen ist deshalb der Regelfall. PrusaSlicer und Cura melden nicht geschlossene Geometrie schon beim Laden und bieten eine Reparatur an, Blenders 3D-Print-Werkzeugkasten zeigt nicht geschlossene Kanten, Flächen ohne Ausdehnung und sich überschneidende Geometrie mit genauer Zahl an.

Museen digitalisieren Objekte zunehmend als 3D-Scan und veröffentlichen sie als glTF — für die eigene Sammlungsdatenbank, für Plattformen wie Sketchfab, oder für die museumspädagogische Nutzung. Für Tastmodelle, die blinden und sehbehinderten Besucherinnen die Form einer Skulptur oder eines archäologischen Fundes zugänglich machen, braucht es davon eine gedruckte Nachbildung — und der Weg vom veröffentlichten glTF-Modell zum STL für den Drucker der Museumswerkstatt läuft genau über diese Umwandlung.

Wichtig dabei: Nur die Form kommt an, keine Oberflächenfarbe und keine Beschriftung aus dem Modell. Für ein Tastmodell ist das ohnehin richtig — es geht um Kontur und Volumen, nicht um Ansicht —, aber es bedeutet auch, dass Größenangaben und Materialbezeichnung separat auf einer Tastschrift-Tafel neben dem Modell stehen müssen, weil die STL-Datei selbst dafür keinen Platz hat.

In diesem Browser-Tab, in reinem JavaScript. Es wird kein WebAssembly-Modul nachgeladen, keine Anfrage trägt das Modell, es gibt kein Konto und kein Tageslimit — im Netzwerk-Reiter der Entwicklerwerkzeuge lässt sich das während einer Umwandlung nachprüfen.

Das ist bei 3D-Modellen mehr als eine Formsache. Beauftragte oder lizenzierte Modelle kommen häufig mit Bedingungen, die den Upload zu einem fremden Dienst ausdrücklich untersagen, und ein Modell eines noch unveröffentlichten Objekts ist eher ein Veröffentlichungsrisiko als eine Lizenzfrage. Verlässt nichts das Gerät, stellt sich keine der beiden Fragen.