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La grafica computerizzata 3D rappresenta la realtà tramite un’immagine bidimensionale ed è al giorno d’oggi sempre più largamente usata: che si tratti della progettazione di oggetti da realizzare in futuro o di scene di animazione da integrare in un film, la computer graphic è parte integrante del processo di creazione.

La rappresentazione tramite immagini generate al computer è in grado di simulare un’immagine in 3 dimensioni all’interno di una scena bidimensionale: si tratta quindi di cercare di dare un aspetto 3D ad un’immagine 2D. Molte cose possono contribuire alla riuscita all’effetto. Per prima cosa, gli oggetti che sono più lontano dal visualizzatore in 3D sembrano più piccoli dell’immagine in 2D. Ciò è dovuto al modo in cui la scena 3D è “proiettata” sul 2D. Un altro fattore è lo “shading” degli oggetti. Gli oggetti sono ombreggiati in modo da imitare il più fedelmente possibile la loro interazione con la luce che li illumina.
Il punto di partenza è quello di creare un “mondo” artificiale in 3 dimensioni, che esiste solo in concetto e che necessita di un sistema di coordinate che associ ad ogni punto nello spazio 3 numeri (x, y e z). Gli oggetti in questa scena o “mondo” saranno quindi costituiti dalle cosiddette primitive geometriche: ogni oggetto è formato dall’insieme di più primitive. Quando è necessario spostare o dare una diversa proporzione agli oggetti dell scena 3D si parla di trasformazione geometrica. La scala, la rotazione e la traslazione sono i tre tipi più basilari di trasformazione geomatrica applicabile ad un oggetto. Agli oggetti geometrici è poi necessario assegnare degli attributi: un attributo ovvio è ad esempio il colore, ma in grafica 3D si parla di solito di materiale. In termine materiale in questo caso si riferisce alle proprietà che determinano l’apparenza visiva della superficie dell’oggetto. In sostanza ci si riferisce a come la luce interagisce con la superficie. Le proprietà di un materiale possono includere un colore base oppure la lucentezza, la rugosità o la trasparenza.
Una delle proprietà più utili per un materiale è la texture: una texture è un modo di variare le proprietà di un materiale da punto a punto su una superficie. Comunemente si applicano quindi colori differenti a punti differenti, usando un’immagine in 2 dimensioni come una texture, che può essere applicata ad una superficie in modo tale chel’immagine sembri quasi “dipinta” sulla superficie. In ogni caso la texture può anche essere in relazione con il cambio di valori nella trasparenza o nella “bumpiness” (rugosità).Il materiale è una proprietà intrinseca di un oggetto, ma Un materiale è una proprietà intrinseca di un oggetto, ma l’aspetto reale dell’oggetto dipende anche dall’ambiente in cui l’oggetto viene visualizzato. Nel mondo reale, non si vede nulla a meno che non vi è una certa luce nell’ambiente. Lo stesso vale in grafica 3D: si deve aggiungere l’illuminazione simulata di una scena: ci possono essere diverse fonti di luce in una scena. Ogni sorgente di luce può avere un proprio colore, intensità, e la direzione o la posizione. La luce da quelle fonti dovrà quindi interagire con le proprietà del materiale degli oggetti nella scena. Il supporto per l’illuminazione in un sistema grafico può variare da abbastanza semplice a molto complesso e computazionalmente intensivo.

La computer grafica simula un ambiente reale 3D in due dimensioni.

Infine, l’immagine… In generale, l’obiettivo finale della grafica 3D è produrre immagini 2D del mondo 3D. La trasformazione da 3D a 2D comporta la visualizzazione e la proiezione. Il mondo appare diverso se visto da diversi punti di vista. Per impostare un punto di vista, abbiamo bisogno di specificare la posizione dello spettatore e la direzione che lo spettatore sta guardando. È inoltre necessario specificare una direzione “sopra”, una direzione che sarà rivolta verso l’alto nell’immagine finale. Questo può essere pensato come mettere una “camera virtuale” nella scena. Una volta che la “vista” è impostata, il mondo visto da questo punto di vista può essere proiettato in 2D. La proiezione è analoga allo scattare una foto con la fotocamera.
La fase finale della grafica 3D è quella di assegnare i colori ai singoli pixel dell’immagine 2D. Questo processo è chiamato rasterizzazione, e l’intero processo di produzione di un’immagine viene indicato come rendering della scena.
In molti casi l’obiettivo finale non è creare una singola immagine, ma creare un’animazione, costituita da una sequenza di immagini che mostrano il mondo in tempi diversi. In un’animazione, ci sono piccoli cambiamenti da un’immagine nella sequenza all’altra. Quasi ogni aspetto di una scena può cambiare durante un’animazione, tra cui le coordinate di primitive, trasformazioni, le proprietà del materiale, e la vista. Ad esempio, un oggetto può essere fatto crescere nel corso di un’animazione gradualmente aumentando il fattore di scala in una trasformazione di scala che viene applicata all’oggetto. E cambiando la vista durante un’animazione si può dare l’effetto di spostarsi o volare attraverso la scena. Naturalmente, può essere difficile calcolare le modifiche necessarie. Ci sono molte tecniche utili per il calcolo. Una delle più importanti è quella di utilizzare un “motore fisico”, che calcola il movimento e l’interazione degli oggetti in base alle effettive leggi della fisica.