3D grafikou a modelováním rozumíme vytvoření počítačového modelu určitého objektu. Tento počítačový model vám pak umožňuje pracovat s daným objektem, jako by byl reálný, a často i mnohem víc: dokážete s ním věci, které byste ve skutečnosti nemohli vůbec provést.
    Vyjmenovat obory, do kterých dnes zasahuje 3D grafika, je již téměř nemožné. Bez nadsázky lze říct, že 3D grafika, anebo spíše výsledky jejího užití, vás obklopují ze všech stran. Veškeré spotřební zboží se již navrhuje s pomocí počítačů a 3D grafiky. Jdete do kina – počítačové efekty jsou k nerozeznání od skutečnosti. Pustíte si televizi – v reklamě je předváděno ještě nevyrobené zboží a moderátor vás vítá ze studia, které nikdo ve skutečnosti nestavěl. Lékař si před operací procvičuje chirurgický zákrok na neexistujícím pacientovi. Architekt ukáže investorovi, jak bude jeho dům působit v okolní zástavbě, a nechá jej dokonce projít interiérem. Složité technologické celky (např. rafinerie) se bez podrobného 3D modelu také neobejdou. 2D výkresy nejsou s to zachytit složité procesy a skutečný stav provozu. Obory, ve kterých se dnes 3D grafika využívá nejvíce, jsou strojírenství, architektura a urbanismus, zábavný a reklamní průmysl, chemický a ropný průmysl.

Vytvoření 3D modelu
    Cest k vytvoření počítačového 3D modelu je několik. Nejčastěji se používá specializovaný software pro vytváření 3D modelů, tedy 3D modelář. K dispozici jsou zcela obecné modeláře, ale v jednotlivých oborech se stále více používají specializované programy. Je to pochopitelné – architekt potřebuje jiné nástroje než designér nové ledničky. Existují také velmi úzce zaměřené aplikace pro modelování postav, terénu, krajiny, rostlin atd. Často jsou tyto programy k dispozici jako přídavné moduly k 3D modelářům. 3D modely však nemusíte vždy pracně vytvářet. V případě, že potřebujete do počítačového modelu převést již existující objekty, můžete použít několik způsobů. Další cestou k získání 3D modelu je digitalizace existujícího objektu. Tu lze provést 3D ručním digitizérem, 3D skenerem anebo fotogrammetrií (z dvojice fotografických snímků objektu lze vytvořit jeho 3D model). Kterou metodu použijete, závisí především na velikosti objektu a požadované přesnosti. 3D skenery dokáží například pracovat s přesností až na desítky mikrometrů.

3D modely v počítači
    3D modely jsou v počítači reprezentovány dvěma základními způsoby. Při tom prvním jsou plochy objektu převedeny na polygony – nejčastěji trojúhelníky. Jakékoli těleso (resp. jeho povrch, tedy to, co vidíte) je tvořeno sítí mnoha trojúhelníků. Pro zobrazení jednoduchého jehlanu postačí trojúhelníky čtyři, pro krychli dvanáct a pro kouli? Je zřejmé, že pro oblá tělesa musí být trojúhelníků mnoho – čím více, tím přesněji budou zobrazena. Stále se však bude jednat o jisté zjednodušení. Toto zjednodušení není na překážku například v architektuře. Možnosti realizace rozmanitých tvarů a jejich přesnosti jsou v tomto oboru stejně omezené. Vytváří-li se v počítači model automobilu pro novou počítačovou hru, není nepřesnost na překážku. Pokud se však tvoří nová karoserie skutečného automobilu anebo dokonce křídlo letadla, nelze již trpět žádnou, ani tu nejmenší nepřesnost. Zjednodušení na polygony navíc přináší v případě modelování nepravidelných a zaoblených ploch další problém: velký počet trojúhelníků vede k velkým nárokům na výkon počítače. Modelovací programy, které pracovaly se základními entitami a které složité tvary na tyto základní entity zjednodušovaly, tak přestaly vyhovovat zvýšeným nárokům těch, kteří využívali 3D grafiku. Z tohoto pohledu rozvoji 3D modelování napomohl nejvíce automobilový, letecký a zábavní průmysl. Nároky průmyslového designu, umělců, ale i výroby již nesnesly žádné kompromisy: ať už v omezení zcela svobodné tvorby anebo přesnosti. Z těchto důvodů se přistoupilo k modelování pomocí tzv. NURBS geometrie. V tomto případě jsou veškeré plochy popsány přesnými matematickými algoritmy. Pomocí nich lze definovat jakékoli tvary – pravidelné nebo i zcela obecné. Samozřejmě že úplnou svobodu tvorby ještě nedokáže poskytnout žádný program: omezení jsou dána například ovládáním programů, ale i vstupními a výstupními zařízeními. Jak by se asi pracovalo sochaři místo dláta s myší?

Plocha nebo objem?
    Často se lze setkat s dělením modelování na další skupiny: plošné, objemové a parametrické modelování. Při plošném modelování se vytváří povrch objektů, při objemovém modelování se pracuje s objemovými tělesy. Základními technikami objemového modelování je sjednocování, rozdíl a průnik těles. Při tzv. parametrickém modelování se uchovává historie tvorby objektu. Vytvoříte třeba válec tím, že kružnici o daném poloměru dáte třetí rozměr. Změnou poloměru kružnice pak změníte celý válec. Nelze jednoduše rozhodnout, který způsob modelování je lepší. V praxi se pro různé obory osvědčily různé techniky či jejich kombinace.

Zobrazení 3D objektů
    3D objekty je však potřeba zobrazit a plocha monitoru je stejně jako papír pouze dvourozměrná. Pro vykreslování, tedy zobrazení 3D objektů, je třeba tyto objekty převést do roviny. Nejčastěji se pro to používá opět polygonální reprezentace objektů. Veškeré plochy jsou převedeny na trojúhelníkovou síť a ta je poté zobrazena na monitoru. Aby však výsledná scéna působila realistickým dojmem, musíte ještě provést několik kroků – provést vizualizaci. Především jednotlivým objemům, nebo chcete-li plochám, přiřadíte materiál. Opatříte je texturou, což znamená, že na povrch aplikujete vzor, který pokrývá povrch tělesa. Dále musíte ve scéně rozmístit světelné zdroje, nastavit jejich intenzitu, barvu a přiřadit jim další vlastnosti. V neposlední řadě určíte, jak se ve vaší scéně bude chovat světlo. V souvislosti s realistickým zobrazením se často setkáte se slovem raytracing. Jedná se o způsob zobrazení, při němž jsou vlastnosti světelného paprsku ovlivňovány jeho okolím – barvou, odrazivostí či průhledností povrchů, vlastnostmi prostředí, ve kterém se světlo šíří, apod. Aby se výsledný dojem co nejvíce blížil realitě, jsou přechody mezi jednotlivými ploškami pro zobrazení vyhlazeny (antialiasing). Po provedení všech těchto kroků je scéna zobrazena na monitoru, k nerozeznání od skutečnosti.

Virtuální prototypy
    V průmyslu se 3D modely nepoužívají jen pro vývoj vnější podoby budoucího výrobku, ale také pro vývoj jeho technických a užitných vlastností. Virtuální prototypy automobilů či letadel jsou podrobovány stejným zkouškám, jako by se jednalo o prototypy skutečné. Provádí se nárazové testy, zkoumá se chování vozu na silnici v různých situacích, možnosti montáže či jejich opravy. S 3D modelem člověka se provádějí testy bezpečnosti i některé ergonometrické testy. Podobně je tomu při vývoji letadel. Boeing 777 bylo první letadlo, které bylo navrhováno a konstruováno zcela digitálně. Virtuální prototypy výrazně redukovaly nutnost výroby skutečných, fyzických prototypů. V případě, že fyzický prototyp nutně potřebujete – například pro ověření, jak pohodlně se bude mobilní telefon držet v ruce – jsou již k dispozici zařízení, která dokáží na základě počítačového modelu vyrobit jeho skutečný model.

3D bez třetího rozměru
    Mluvíme-li o 3D grafice, nemusí jít vždy o 3D modelování. V textilním průmyslu se třeba používá specializovaný software, který na 2D obrázky umožňuje aplikovat látky takovým způsobem, jako byste pracovali s 3D modelem. Modelku pak lze "obléknout" do nových šatů, aniž by byly ještě ušity, a nové vzory látek lze vyzkoušet jak na postavách, tak například v interiéru, aniž by byly vyrobeny. Podobně i některé vektorové programy pracující s 2D grafikou dokáží generovat 3D efekty, avšak toto již přesahuje téma stručného seznámení s 3D grafikou.

Na Internetu i hluboko pod zemí
    3D modelování se používá i v mnoha oborech, ve kterých by vás možná ani nenapadlo je hledat, třeba hluboko pod zemí. Geologické 3D modely slouží pro průzkum ložisek a základových podmínek. Častěji se budete s 3D grafikou setkávat na Internetu – při nákupu v internetových obchodech nebo na prezentačních stránkách. S jistotou lze říci, že v budoucnu bude ve 3D také katastr nemovitostí. 3D grafika a modelování šetří čas a peníze a často umožňuje to, co byste v reálném světě nemohli vyzkoušet nebo by vás to stálo příliš mnoho peněz či dalších zdrojů. Kde můžete čekat další využití 3D grafiky? Postupně bude 3D grafika zasahovat do dalších oblastí vašeho života a podobně jako mnoho jiných technologií se aniž si toho všimnete – stane jeho běžnou součástí.