「立体映像」とは異なります。

この記事は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。
出典検索?: "3次元コンピュータグラフィックス" ? ニュース ・ 書籍 ・ スカラー ・ CiNii ・ J-STAGE ・ NDL ・ dlib.jp ・ ジャパンサーチ ・ TWL（2015年7月）

3DCG
主要項目
3Dモデリング / 測域センサ
3Dレンダリング / 3Dプリンタ
3DCGソフトウェア
主要用途
3Dモデル / CAD
グラフィックデザイン / ビデオゲーム
VFX / ビジュアリゼーション
バーチャルエンジニアリング / バーチャルリアリティ
関連技術
CGI / アニメーション / 3Dディスプレイ
ワイヤーフレーム / テクスチャマッピング
コンピュータアニメーション / モーションキャプチャ
骨格アニメーション / 群集シミュレーション
グローバル・イルミネーション / ボリュームレンダリング
テンプレートを表示

3次元コンピュータグラフィックス（さんじげんコンピュータグラフィックス、英: three-dimensional computer graphics）は、コンピュータの演算によって3次元空間内の仮想的な立体物を2次元である平面上の情報に変換することで奥行き感（立体感）のある画像を作る手法である。3DCG（スリーディーシージー）と略記されることも多い。20世紀末からのコンピュータ技術の急速な発達と性能向上によって、従来は大企業や大きな研究所でしか得られなかった高精細で高品質の3次元画像が、21世紀初頭現在ではパーソナルコンピュータ (PC) やゲーム機、スマートフォンでも実時間で得られるようになっている。

毎年夏にアメリカ合衆国で開催されるCGの祭典「SIGGRAPH」（シーグラフ）にて、世界中の多くの研究者により最新のCGの論文が発表され、技術更新がなされている。
用途

3DCGは、ユーザーが仮想的な視点や対象物の変更を操作して直ちに更新された画像を得るCADのようなシミュレーションやコンピュータゲームのように実時間処理の動画像と、CG映画のように製作者側があらかじめ時間を掛けて動画像を製作しておくもの、そして、静止画の3種類に大別できる。十分に高い技術を用いれば、無生物では実写と見分けがつかないほど遜色のない画像が得られるが、人物画ではCG特有の無機質なものとなることが多く、ロボットでの不気味の谷現象と同じく一般に人の表情を描くのは不得手である。
動画（実時間処理：リアルタイム）

ユーザーの操作や時間経過など、何らかのパラメータ観測および情報入力に対応して即座に映像を動的生成する処理を指す。

代表的な実時間処理による動画生成の用途はコンピュータゲームである。PCや据え置き型のゲーム機（家庭用ゲーム機やゲームセンターで使われる業務用のアーケードゲーム機）、携帯ゲーム機や携帯電話（スマートフォンおよび一部のフィーチャーフォン）でのゲームにまで3DCGを用いた動画像が利用されている。

工業用途では製品の設計段階でCAD/CAMによって部品同士の接続や製品の完成図を描いたり、建築でのパースを描画したりする目的で利用されている（建築パースの作成では設計図面さえあれば建築イメージを確認できるため、古代遺跡の復元モデルなどをフォトリアリスティックに描画する用途などにも用いられている。立体地図の場合は地形の起伏や大縮尺の場合の建物形状をいろいろな視点から眺められるように用いる）。また、現実世界での運動や周囲状況をコンピュータ・シミュレーションで再現することで効果的な訓練が行える、ドライブシミュレータやフライトシミュレータなども実時間処理での3DCG技術の利用例である。X線CTやMRIのように、多数の断層画像から3次元データを再構築した後、任意断面の観察をする際にもリアルタイム3DCGの技術が使用される。

動画生成における実時間処理は、そうでないものに比べて画像の精度よりも実時間内に如何にそれらしい画像を生み出すかが求められるため、簡易的な局所照明モデルを採用したり、ローポリゴンモデルにテクスチャマップで質感を表現したりするなど、できる限り事象を近似または演算処理を簡略化したり事前計算したりして、時間的・空間的コストを低減する工夫がなされている。PC用の3DCG動画を並列計算により高速生成するための専用ICとしてGPUが登場している。プログラマブルシェーダーの登場以後、リアルタイムでレイトレーシングや大域照明（グローバルイルミネーション）を実行する技術やハードウェアも開発されているが、いまだ発展途上の領域である。

ゲーム内でユーザーの操作や対話（インタラクション）を必要としないムービーシーン（デモシーン）の再生には、事前にプロダクションレンダリングソフトウェアおよび高精細モデルを使って生成された高品質な動画が使用されることもあるが、ゲーム内で使われるアセット（素材）をそのまま利用したリアルタイムレンダリングがなされることもある。
動画（非実時間処理：プリレンダー）

3DCGによる映画の制作が代表的な「実時間処理ではない」動画生成用途である。多くの映画では、写実的（フォトリアル）な画像を制作する目的や、反対にマンガ的なアニメーションのように非現実的な画像を制作する目的で利用され、実写との合成映像も含めれば大半の商業用映画に何らかの形で3DCGの技術が用いられている。VFXを多用するSF映画やアニメ映画などでは長時間の3DCG画像が必要とされることがあり、そのような場合には、3DCG演算専用の多数のコンピュータから構成される「レンダリング・ファーム」と呼ばれるサーバー施設で数ヶ月単位で動画像の生成が行われる。

広告宣伝用途での3DCG動画像も広告製作会社内やメーカー自身の内部で、映画と同じような環境で製作されている（自動車産業が3DCG動画による広告の代表であるが、他の産業でも設計過程でコンピュータ・シミュレーションを必要とする航空宇宙、軍事、船舶といった分野の企業が物理現象のシミュレーションと共に画像表示のための3DCG技術を利用している）。
静止画

広告や芸術、そしてあらゆる種類のイラストレーション用途に3DCGを用いた静止画が製作されている。
原理

3次元CGの基本原理は、カメラの基本原理と同じであり、3次元空間内の対象物を2次元平面の仮想スクリーン上に投影することで実現される。単純な2次元コンピュータグラフィックス (2DCG) では、一般的に平面的な物体同士の重なりを考慮するだけでよく、奥行きによる尺度の違いや照明および遮蔽による陰影の違いを演算する必要はないが、3DCGでは立体物ゆえに奥行きを考慮した複雑な座標変換や画素の塗り分けを行わなければならない。コンピュータグラフィックスは計算幾何学分野における問題のひとつであり、行列やベクトルといった線型代数学が多用される。

まず［図1］のような3次元座標を考える。原点に視点があるとして、座標空間内の3次元座標を持つ点Aの見え方は、投影法によって左右される。
透視投影

［図2］のように原点と点Aの間にスクリーンを置いた場合、スクリーン平面上に映し出される点Aの投影座標は h = x × s / z {\displaystyle h=x\times {}s/z} 、 v = y × s / z {\displaystyle v=y\times {}s/z} で求められる。