什么是 .x3d 文件？X3D、VRML，以及如何在 Mac 上打开它

可以阅读的 XML

.x3d 文件是可读的文本。下面是我为测试写的一个小场景：一个由两个三角形组成的红色正方形，旁边是一个蓝色立方体。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<X3D profile="Interchange" version="3.3">
  <Scene>
    <Shape>
      <Appearance><Material diffuseColor="1 0 0"/></Appearance>
      <IndexedFaceSet coordIndex="0 1 2 -1 0 2 3 -1">
        <Coordinate point="0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0"/>
      </IndexedFaceSet>
    </Shape>
    <Transform translation="3 0 0">
      <Shape><Appearance><Material diffuseColor="0 0 1"/></Appearance><Box size="1 1 1"/></Shape>
    </Transform>
  </Scene>
</X3D>

profile 说明场景需要哪一组功能。Interchange 足以用于交换几何；其他配置文件（profile）包括 Interactive、Immersive、Full 和 CADInterchange。version 是 X3D 的版本。每个 Shape 把一个外观（Appearance，这里是 Material 中的一种颜色）和一个几何配成一对。第一个形状是一个网格，以点（Coordinate）和顶点编号写出，其中 -1 表示一个面的结束。第二个是 Box 基本体：立方体并没有写成三角形——由读取文件的程序来构建它。Transform 把它向右移动 3 个单位。

一个场景，多种编码

X3D 有多种编码。场景保持不变；变的只是写法：

终端可以告诉你手上的是哪一种：

file model.x3d

对于我的测试文件，macOS 对 XML 的回答是 XML 1.0 document text，对 Classic VRML 是 X3D (Extensible 3D) model, VRML format，对打包的文件是 gzip compressed data。

编码之所以重要，是因为程序常常只能读取其中几种。比如我的应用就只读取 XML。打包的文件要先解压：

gzip -dc model.x3dz > model.x3d

单位：米，Y 轴朝上

根据 X3D 规范，长度的基本单位是米。坐标系是右手坐标系，默认视图沿 Z 轴看向原点，X 朝右，Y 朝上。自 3.3 版起，文件可以用 UNIT 语句更改单位，在 XML 中是这样写的：

<head><unit category="length" name="millimetre" conversionFactor="0.001"/></head>

并不是每个程序都会读取它。我的应用用来读取 X3D 的 Assimp 库在我的测试中忽略了它：一个以毫米为单位、边长 10 个单位的立方体仍然是 10。所以打开后和转换后都请检查尺寸。

X3D 和 VRML

VRML（Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言）于 1997 年成为 ISO/IEC 14772-1 标准，其文件使用 .wrl 扩展名。Web3D 现在把 X3D 描述为“第四代 VRML”（4th-generation VRML），并且是它的直接超集：凡是能用 VRML 写的，都能用 X3D 写，而 Classic VRML 编码看起来几乎一样。反过来则不行。根据 Web3D 邮件列表上的一次讨论，把 X3D 转换为 VRML 可能会丢失部分场景，因为较旧的 VRML 无法表达许多 X3D 功能。按照 Web3D 的说法，限于 Immersive 配置文件范围内的场景可以顺利转换。

X3D 用来做什么

• 直接放在网页中的 3D，无需插件，借助 X3DOM 和 X_ITE 库实现。
• 科学和工程可视化，包括医学和体数据（MedicalInterchange 配置文件）。
• CAD 的归档和移交。Library of Congress 在其 Recommended Formats Statement 中把 X3D 列为可接受的 CAD 格式，美国国家档案馆（NARA）则把它列为移交 CAD 模型的首选格式。

X3D 从何而来

Web3D Consortium 把 X3D 作为 VRML 的继任者来开发。它最早以 ISO/IEC 19775:2004 发布，随后是 2006 年（3.1）、2008 年（3.2）和 2013 年（3.3，带来了 UNIT 语句）的版本。4.0 版以 ISO/IEC 19775-1:2023 发布，Web3D 于 2024 年初宣布了这一消息。它增加了直接嵌入 HTML 的场景、与 glTF 模型的配合、基于物理的（PBR）材质、Web Audio 声音和 HAnim 2.0 角色动画。4.1 版仍是草案。

如何在 Mac 上打开 X3D

macOS 不认识 X3D。在 macOS 27.0.1 上，系统没有它的文件类型，Apple 的预览指南也没有把它列在 3D 格式中，快速查看和访达都不显示它。

• Castle Model Viewer 免费，能读取 X3D、VRML、glTF 和其他格式，还能把它们转换为 X3D 或 STL。稳定版 5.2.0 在 Mac 上只支持 Intel；对于 Apple 芯片，目前只有 5.3.0 开发快照。这个应用没有签名，所以 macOS 会在你第一次运行时阻止它。它的作者在页面上说明了如何允许它运行。
• Sunrize 是 X_ITE 的开发者制作的 X3D 编辑器，Mac 版以 ZIP 形式在 GitHub 上提供。它同样没有签名。
• Blender 从 4.2 版起通过“Web3D X3D/VRML2 format”扩展导入 X3D 和 VRML。到 4.1 版为止，这一功能都是 Blender 的一部分。
• X_ITE 和 X3DOM 可以在网页中显示 X3D。它们是给网页作者用的库，而不是可以把文件拖进去的查看器。X_ITE 能读取 XML、JSON、Classic VRML 和 VRML97，gzip 压缩的也可以。
• Preview3D，我的应用，可以在 Mac 上的窗口中、在快速查看里以及作为访达缩略图打开 .x3d 文件。在 iPad、iPhone 和 Apple Vision Pro 上也可以。

Preview3D 通过 Assimp 库读取 X3D。我在应用所用的同一个构建中试过。它能打开 3.3 和 4.0 版的 XML，包括基本体（立方体、球体、圆柱体、圆锥体）、由面或三角形组成的网格，以及重复使用的形状（DEF 和 USE）。它只显示几何，统一用一种颜色：不使用文件中的材质或纹理，也不运行动画、传感器或脚本。模型信息中有以文件单位表示的尺寸和三角形数量，以及网格检查。在 iPad 和 iPhone 上，它会在 AR 中把模型立在你的桌上，并按桌面大小显示，因为它不读取文件的单位。

Preview3D 打不开的有：

• .x3dv、.x3db 和 .x3dj 编码，以及较旧的 .wrl；
• 打包的 .x3dz 文件——请先解压（见上文）；
• 使用 X3D 4 基于物理的材质 PhysicalMaterial 的场景：在我的测试中，整个场景都导入失败；
• 按照规范的写法（url='"part.x3d"'）通过 Inline 引入其他文件的场景：在我的测试中同样失败了。

把 X3D 转换为 STL

在 Mac 上，Preview3D 通过 文件 → 导出模型为…（⌥⌘E）转换为 STL、OBJ 或 PLY，不上传任何东西。颜色、纹理、灯光、动画和交互都会被丢弃。基本体在读取文件时就被转换成三角形，所以球体在 STL 中会变成多面体。还要注意单位：X3D 以米为单位，而切片软件通常把 STL 中的数字当作毫米。如果模型在切片软件中看起来很小，就把它放大 1000 倍。

常见问题

什么是 .x3d 文件？

一个采用 X3D 标准、以 XML 写成的 3D 场景：形状、材质、灯光、视点和动画。X3D 是 VRML 的继任者，也是 ISO/IEC 19775 标准。

X3D 和 VRML 有什么区别？

X3D 是较新的标准。它包含 VRML 的全部内容，并增加了更多功能和编码。VRML 文件使用 .wrl 扩展名。

什么是 .x3dv 和 .x3dz 文件？

.x3dv 是采用 Classic VRML 编码的同一个场景。扩展名末尾的 z 表示文件用 gzip 打包过；用 gzip -dc 解压即可。

Mac 不装其他应用能打开 X3D 吗？

不能。macOS 27 没有 X3D 的文件类型，预览和快速查看都不显示它。

如何把 X3D 转换为 STL？

在 Mac 上，用 Preview3D 的“文件 → 导出模型为…”，或者用 Castle Model Viewer。然后在切片软件中检查尺寸。

为什么我的 X3D 模型在切片软件中很小？

X3D 以米为单位，而切片软件把数字当作毫米。请把模型放大 1000 倍。

相关页面

• .dae 文件——另一种以 XML 写成的 3D 场景
• .gltf 和 .glb 文件——当今网页 3D 的格式，X3D 4 可以与之配合
• .stl 文件——X3D 要转换成的打印格式

资料来源

• Web3D：什么是 X3D——与 VRML 的关系、编码
• Web3D：X3D 标准的各个版本——标准编号和日期
• Web3D：X3D 4.0 成为 ISO/IEC 标准
• X3D 4.0 规范：单位和坐标
• Library of Congress：X3D——编码，LoC 和 NARA 的推荐
• Web3D 邮件列表：把 X3D 转换为 VRML（2012）
• X_ITE：支持的格式
• Castle Model Viewer
• Blender：Web3D X3D/VRML2 扩展
• Apple：预览中的 3D 格式

你有没有一个 X3D 或 VRML 模型——比如来自某门课程或某个科学软件——在 Mac 上打不开？请写信到 apps@xfanta.com，告诉我它的编码和来源。