「立体映像」とは異なります。
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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
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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。 z {\displaystyle z} が大きくなれば、スクリーン上の点Aは限りなく原点に近づく。つまり遠くのものは小さく見えるわけである。スクリーンを置く座標 s {\displaystyle s} は大きくなればパース（遠近感）が緩く、小さくなればパースがきつくなるので、レンズの画角（視野角）を表現することができる。これが透視投影 (perspective projection) の原理である。
平行投影

透視投影によりスクリーン上で各物体の遠近関係が表現されるが、画角によって画面上のサイズや印象が大きく変わるため、モデリングの際の正確な寸法や形状確認といった目的には適さないことがある。その場合、視点と物体の間の距離とは無関係にそのまま平行に投影する手法[1]が使われることがあり、平行投影 (parallel projection) または正射影 (orthographic projection / orthogonal projection) と呼ばれる。平行投影の視錐台は直方体となる。

いずれにしても、3次元座標を持つ図形を2次元座標系に変換した後で、図形の各点を幾何学的なつながり情報（トポロジー）に基づいてそれぞれ結べばワイヤーフレーム画像が生成され、また結んだ点から面を作ればポリゴンによる表現が可能となる。リアルタイムコンピュータグラフィックスでは、ハードウェア的な制約から、実際にサポートされる最小の図形（プリミティブ）は点・線分・三角形のみであり、それ以上の多角形や立体図形は多数の三角形を組み合わせて表現する。
制作工程

3DCGの制作は次のような行程にわけることができる。
モデリング

シーンレイアウト設定

レンダリング

編集・レタッチ

モデリング

モデリング（英: modeling）とは、仮想3次元空間上に個々の物体の形状をつくる作業のことである。多くの3DCGソフトウェアでは、一つの面を三角形や四角形といった多角形の集合として表現する。三角形しか扱えないソフトウェアも多い（四角形以上は、それを構成する全ての頂点が同一平面上にない可能性があるため）。これらの多角形はポリゴン（英語で多角形の意）と呼ぶ。各形状はポリゴンの集合で表現される。モデリングで作られた形状をモデルやオブジェクトと呼ぶ。

四角形が扱える場合は、ポリゴンの流れの見やすさなどからも四角形の面をメインとして構成するのが一般的であるが、同一平面上にない空間上の4点を結んで四角形を折り曲げた2つの三角形の面とする方法は2通りあるため、それを1通りに確定するためや、あるいは最後の仕上げなどに三角形の面が用いられることがある。また、3DCGにおいては五角形以上の多角形は、三角形や四角形と区別して単に「多角形」と呼ぶことがあるが、エラーや問題を引き起こしやすいため、基本的に五角形以上の多角形の面（ポリゴン）の使用はタブーとされ、制作過程でこの面が出てきた場合、最終的には全て四角形ないし三角形に分割するのが普通である。

他に面を定義する方法としては自由曲面がある。自由曲面はNURBS曲線、スプライン曲線、ベジェ曲線などで曲面を構成する方法で、ポリゴンのみでモデリングされた形状に比べ滑らかで正確な形状が得られる。ポリゴンのみでモデリングすることを、ポリゴンモデリングと呼んで、自由曲面を利用したモデリングと区別することがある。

形状が出来たら、オブジェクトに材質（マテリアル）を設定する。材質を設定しなければ、オブジェクトはただ一様に光を反射するだけの均質な物体になる。多くの3DCGソフトウェアでは、色、透明度、反射、屈折率、自己発光、バンプ、ディスプレイスメントなどの設定項目がある。
シーンレイアウト設定

モデリングで制作したオブジェクトを、仮想3次元空間上に配置する。現実世界と同様、光源も配置しなければ何も表示されない(黒一色の画像が出力される)。また、仮想的なカメラを配置することで視点を設定する。これらを配置・設定した仮想的な舞台をシーンと呼ぶ。
レンダリング

レンダリング（英: rendering）は、これまでに設定したシーンから、仮想的なカメラに写されるはずの画像を生成する工程である。オブジェクトの形状や位置、光のあたり具合などをコンピュータが計算し、最終的な画像が生成される。レンダリングのアルゴリズムには、それぞれ処理速度や品質の違う多くの種類があり、用途に合わせて使い分ける。各種の設定を済ませレンダリングを開始した後は、レンダリングが終了するまで制作者がすることは特にない。一般にレンダリングには多くの時間を要する。シーン内に多くの形状があったり、高度なレンダリングアルゴリズムを利用している場合、数時間から数日かかる場合もある。ゲームなどリアルタイムにレンダリングしなければならないときは、単純で高速なレンダリングアルゴリズムを適用したり、シーンの総ポリゴン数を少なくするなど、大きな制限が加えられる。映画など大規模な制作現場では、同時に複数のコンピュータにレンダリング処理をさせて、計算時間を短縮することがある。

レンダリング手法によっては空気による遠近法・光の照り返しなども計算される。そういった複雑な計算をするレンダリング処理は専用回路（GPU）で行われることも多い。高い対話性と双方向性が得られるので、ゲームに用いられる場合はこの形態をとる。
レタッチ

レタッチ（英: retouch）とは、手直しする作業のことである。レンダリングで得られた画像が、完全に制作者の意図したものになるとは限らない。PhotoshopやAdobe After Effectsなどのフォトレタッチツールなどで、コントラストや色味を手直しすることもある。
制作技法
テクスチャマッピングテクスチャマッピング詳細は「テクスチャマッピング」を参照

3DCGのモデルに画像を貼り付けることをテクスチャマッピング（英: texture mapping）、その貼り付けられる画像をテクスチャという。