我也想做 3d。暂时还在门外，以下仅供参考。
cesium 是国外一个基于 javascript 编写的使用 webgl 的地图引擎。看到这个问题，第一次知道它。专做地图的看样子，类似于 jquery 之类的，jquery 方便快速出网站，cesium 方便快速出地图网站。
three.js 知道一点，是做 3d 的基础库啊，可以做任意的 3d 的东西。做动画，做游戏的吧。
webgl 是一个底层标准吧，它不是一个具体的工程应用。它本身不是 javascript 的东西，印象中他是专门做图像图像的，更关注底层硬件的渲染和性能之类。
我觉得是 javascript 在这个 webgl 的绘图标准上，定义了 canvas， 熟悉不，canvas 的各种绘图标准应该是参考的这个标准。canvas 提供了最基本的点线面的绘制，是基本 api。然后 three 是对 canvas 的一层封装，方便更加快速地绘制一个球，一个立方体，然后动起来。
d3.js 是一个数据可视化的库，看看他们的 demo 就可以知道，技术基础是 svg。兼容性是 ie9 。
webgl 是 html5 中提出的新技术，是一种 3d 绘图标准，这种绘图技术标准允许把 javascript 和 opengl es 2.0 结合在一起，关于它的教程可以看看 hiwebgl。目前兼容性堪忧
three.js 是以 webgl 为基础的库，封装了一些 3d 渲染需求中重要的工具方法与渲染循环。它的教程同样可以在 hiwebgl 里面找到。
three.js 之于 webgl，类似于 windows 版本的虚幻引擎之于 d3d。当然，虚幻引擎的能力范围比 three.js 大得多。d3.js 跟上面两者没有关系。
webgl 可以用 js 调用 opengl 的，比如 cs、极品飞车之类的游戏你应该知道，很多游戏都是 opengl 的，真正类似 3d 软件那种 3d，里面有 x,y,z 轴向，构成一个立体空间，然后你可以放入一个人物、汽车或其他 3d 模型，上贴图，打灯光，游戏引擎实时渲染出带有凹凸、置换、颜色、漫射、反射、大气雾效、深景等通道组成成的游戏画面，opengl 与 3d 软件渲染大原理是一样的，只是渲染精度没 3d 软件做图或做电影那么高，渲染算法和导入的 3d 模型面数、贴图大小什么的在 opengl 下都有限制，要保证游戏在主流的家庭电脑硬件上不卡。
css 只有 x,y 两个轴向，只能构成一个平面，不能构成一个真正的立体空间，你看到的网上 css 做的 3d 立方体的例子原理类似：ps 里面你画三个正方形平面色块，通过拉伸、透视等方法变形把三个正方形拼成一个立体正方形盒子的三个面，这个是视觉上的欺骗，只能拼凑出简单的立体形状，css 并没有在一个 3d 空间内生成带三个轴向的物体，也没办法通过 css 导入真正的 3d 模型来个转一圈之类的，你想用纯 css 做个 3d 机器猫就不行了。
three.js
是纯渲染引擎，而且代码易读，容易作为学习 webgl、3d 图形、3d 数学应用的平台，也可以做中小型的重表现的 web 项目。
适合做中大型项目，尤其是多种媒体混杂的或者是游戏项目 vr 体验项目，three.js 要配合更多扩展库完成，因为你可能会需要联网通信功能的封装、声音普通控制甚至高级频谱控制、输入设备信息的处理等诸多渲染以外的功能。
这时候，就比较适合使用 babylon.js 或者国内的一些针对游戏和多媒体应用开发的引擎或者说框架，例如 layaair 以及 egret3d。
webgl 是一种 3d 绘图标准，这种绘图技术标准允许把 javascript 和 opengl es 2.0 结合在一起，通过增加 opengl es 2.0 的一个 javascript 绑定，webgl 可以为 html5 canvas 提供硬件 3d 加速渲染，这样 web 开发人员就可以借助系统显卡来在浏览器里更流畅地展示 3d 场景和模型了，还能创建复杂的导航和数据视觉化。
显然，webgl 技术标准免去了开发网页专用渲染插件的麻烦，可被用于创建具有复杂 3d 结构的网站页面，甚至可以用来设计 3d 网页游戏等等。