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Animação 3D (tridimensional) é o tipo de animação que utiliza imagens geradas por computador para criar sequências animadas.
A animação 3D é gerada totalmente em computador (exceto a Animação Stop-Motion que também é uma forma de animação tridimensional sem recurso a software informático). Este tipo de animação permite o controlo total da cena, personagens e objetos em todas as perspetivas a 360º num espaço virtual. Ao contrário da animação 2D onde cada perspetiva é desenhada frame a frame, na animação 3D existe controlo sobre uma ou várias câmaras que permitem escolher o ângulo em que a imagem vai ser captada sobre os elementos que compõem a cena.
Este tipo de animação permite criar objetos realistas com recurso a iluminação e texturas. O método de animação começa com uma imagem, chamada de frame, seguida por outra frame com ligeiras alterações. Após a conclusão da cena a passagem das várias imagens em rápida sucessão criam a ilusão de movimento. Ao contrário da animação 2D este método é facilitado pelo calculo automático de movimento auxiliado pelo software de animação tridimensional que torna este tipo de animação mais rápida e consequentemente mais acessível de produzir.
A animação 3D difere da modelação 3D embora estejam diretamente ligados entre si a maioria dos animadores não produz os modelos que vai animar (ver Modelação 3D). A animação 3D está presenta maioritariamente em filmes e séries de animação, videojogos e produção multimédia. Os software utilizados mais conhecidos são o Maya, 3D Studio Max e Blender.
Exemplos de animação 3D são filmes como Toy Story da Disney ou Shrek da Dreamworks ou séries de TV como Star Wars: The Clone Wars.