三維計算機圖形或“3D 圖形”，有時稱為 CGI、3D-CGI 或三維計算機圖形是使用存儲在計算機中的幾何數據（通常是笛卡爾）的三維表示的圖形，用于執行 計算和渲染數字圖像，通常是 2D 圖像，但有時是 3D 圖像。 生成的圖像可以存儲供以后查看（可能作為動畫）或實時顯示。

三維計算機圖形，與名字所暗示的相反，最常顯示在二維顯示器上。 與 3D 電影和類似技術不同，結果是二維的，沒有視覺深度。 更常見的是，3D 圖形顯示在 3D 顯示器上，就像在虛擬現實系統中一樣。

3D 圖形與 2D 計算機圖形形成對比，后者通常使用完全不同的方法和格式來創建和渲染。

三維計算機圖形依賴于許多與線框模型中的 2D 計算機矢量圖形和最終渲染顯示中的 2D 計算機光柵圖形相同的算法。 在計算機圖形軟件中，2D 應用程序可能會使用 3D 技術來實現光照等效果，同樣，3D 也可能會使用一些 2D 渲染技術。

三維計算機圖形中的對象通常被稱為 3D 模型。 與渲染圖像不同，模型的數據包含在圖形數據文件中。 3D 模型是任何三維對象的數學表示； 模型在顯示之前在技術上不是圖形。 模型可以通過稱為 3D 渲染的過程可視化地顯示為二維圖像，也可以用于非圖形計算機模擬和計算。 通過 3D 打印，模型被渲染成自身的實際 3D 物理表示，但物理模型與虛擬模型的匹配準確度存在一些限制。

威廉·費特 (William Fetter) 因在 1961 年創造了計算機圖形學一詞來描述他在波音公司的工作而受到贊譽。 計算機動畫的首批展示之一是 Futureworld (1976)，其中包括一張人臉和一只手的動畫，該動畫最初出現在 1971 年由猶他大學學生 Edwin Catmull 和 Fred Parke 創作的實驗短片 A Computer Animated Hand 中 .

三維計算機圖形軟件在 1970 年代后期開始出現在家用電腦上。 已知最早的例子是 3D Art Graphics，這是一組三維計算機圖形效果，由 Kazumasa Mitazawa 編寫，于 1978 年 6 月為 Apple II 發布。

三維計算機圖形制作工作流程分為三個基本階段：

• 3D 建模 – 形成物體形狀的計算機模型的過程
• 布局和 CGI 動畫——對象（模型、燈光等）在場景中的放置和移動
• 3D 渲染 – 基于光線布置、表面類型和其他質量的計算機計算，生成（將場景光柵化為）圖像

該模型描述了形成物體形狀的過程。 3D 模型的兩個最常見來源是藝術家或工程師使用某種 3D 建模工具在計算機上生成的模型，以及從真實世界對象掃描到計算機中的模型（多邊形建模、面片建模和 NURBS 建模是一些流行的模型） 3d 建模中使用的工具）。 模型也可以通過程序或物理模擬生成。 基本上，3D 模型由定義形狀和形成多邊形的稱為頂點的點形成。 多邊形是由至少三個頂點（三角形）形成的區域。 n 個點組成的多邊形是 n 邊形。 模型的整體完整性及其在動畫中的適用性取決于多邊形的結構。

在渲染成圖像之前，必須在場景中布置對象。 這定義了對象之間的空間關系，包括位置和大小。 動畫是指對象的時間描述（即它如何隨時間移動和變形。流行的方法包括關鍵幀、反向運動學和動作捕捉）。 這些技術經常結合使用。 與動畫一樣，物理模擬也指定運動。

材質和紋理是渲染引擎用來渲染模型的屬性。 可以為模型提供材質，以告訴渲染引擎如何處理照射到表面上的光。 紋理用于使用顏色或反照率貼圖賦予材質顏色，或使用凹凸貼圖或法線貼圖賦予表面特征。 它還可用于使用置換貼圖使模型本身變形。

渲染通過模擬光傳輸以獲得照片般逼真的圖像，或通過應用藝術風格（如在非照片級渲染中）將模型轉換為圖像。 真實渲染中的兩個基本操作是傳輸（有多少光從一個地方到另一個地方）和散射（表面如何與光相互作用）。