人們對客觀環境的感知總是通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等自然地獲取的，對系統的控制亦應自然地借助自動跟蹤系統，即利用性能先進的傳感器對人體位置及力度進行有效的探測。換句話說，人們對客觀世界的感知方式有多種，借助視覺所能獲取的信息量遠遠超過了通過聽覺、觸覺、嗅覺及味覺等其他方式所能獲取的信息量，而且視覺可產生客體景物的深度感，即提供客體景物的立體三維信息。臨場感是指觀看者似乎感到被顯示的畫面空間與觀看者所在的實際空間是在同一個空間內。深度感可被視為依存于進深方向的距離、前后關系反映于人眼視網膜而產生的心理暗示（cue）因素。立體感則是如全息攝像所呈現出的立體三維空間物體的厚度與鼓起等心理暗示因素或表現平面二維圖像及繪畫所顯示出立體三維效果的心理暗示因素。立體感和深度感有時真的還很難截然分開。
立體三維顯示的臨場感是使人具有“身臨其境”逼真感之根本。為要逼真地模擬視覺功能，在很大程度上是依賴于立體三維顯示技術的圖像處理及理解能力，圖像處理的質量愈高，圖像處理的速度愈快，圖像識別的能力愈強，系統的理解能力愈完善，系統的視覺臨場感便愈佳。視覺是提高臨場感的重要因素，但并非是唯一的因素。人們曾預言，聽覺可能是立體三維顯示技術中最先達到逼真程度的領域，觸覺是一個剛起步研究與試驗的領域，采用數據手套來提供觸覺反饋信息。這種由微處理器和傳感器構成的數據手套，與視覺、聽覺相配合，極大地增強了立體三維顯示系統的臨場逼真感。而嗅覺與味覺還屬于一個尚未實質性開展研究的領域。故提高立體三維顯示系統的臨場感，尚需進行大量艱苦的工作。
人們對記錄和再現客觀世界的立體三維圖像顯示向往已久，除雕塑外，這方面一直缺乏行之有效的手段。印刷術及照相術的問世使得視覺信息可借助價廉的大批量復制而廣為傳播，從而標志著一個嶄新的信息時代的到來。但傳統的圖畫及照片僅能顯示出平面二維的圖像。如何利用平面二維記錄介質來產生出三維信息即立體三維圖像，是現代科技的一個重要的研究課題。
構成圖像深度感的機理
人體生理學的研究表明，人眼對客觀世界的深度感主要來自如下四種效應：
調節效應
調節效應是指人眼借助于纖毛體肌肉的拉伸來調節眼球晶狀體的焦距。顯然，即使用單眼觀看物體時，這種調節效應也是存在的，故它屬于一種單眼深度感心理暗示。但這種心理暗示只有在與雙眼心理暗示共同配合下，且物體距人眼較近時才會起作用。
會聚效應
會聚效應系指當用雙眼觀看物體上的一點時，兩眼視軸所構成的角度稱為會聚角。顯然，當纖毛體肌肉的拉伸使眼球稍微轉向內側，以便對著一點觀看時便能給出了一種深度感的心理暗示，這種雙眼心理暗示便稱為會聚效應。通常，調節效應與會聚效應相互關聯，會聚效應亦僅在物距較近時才較為明顯。
雙眼視差
人的雙眼具有一定的空間距離，瞳孔間距約為6.5㎝，當雙眼觀看同一立體三維物體時，雙眼是從略微不同的角度注視的，從而雙眼視象會稍有差異，這種差異稱為雙眼視差。對于中等視距的物體，人們公認雙眼視差信息是深度感最重要的心理暗示。當人眼觀看物體上的一點時，從該點發出的光便聚焦于雙眼視網膜的中心斑點。故可以說，一雙眼內的兩個中心斑點在視網膜上給出了“對應位置”，從而依據“對應位置”來確定會聚的大小。而來自注視點以外各點的光線并不總是聚焦在兩視網膜的對應位置，這種效應稱為雙眼視差效應。現代發展起來的各種由平面二維圖象產生出立體三維圖象的技術也正是利用這一基本機理。
單眼移動視差
當用單眼觀看物體時，若眼睛位置不動，調節效應便是對深度感的唯一心理暗示，若允許觀看位置移動的話，便可利用雙眼視差這種效應從各個方向來觀看物體，從而產生出深度感，這個效應便稱為單眼移動視差。顯然，單眼移動視差對靜態物體就不起作用。
綜上所述，人眼觀看一個全息再現圖象宛如觀看一個實際的三維物體一樣，上述四種效應全部同時存在，故人眼處于自然觀看的狀態。而人眼觀看一個立體圖象時，僅僅存在雙眼視差這一效應。盡管它是對物體深度感至關重要的一種生理學上的心理暗示，但因不是全部的心理暗示而使人眼處于一種不十分自然的緊張狀態。這種狀態在短時間內觀看靜態的立體圖象時并不明顯，但當觀看立體電視時，由于人眼長時間處于這種不十分自然的觀看狀態便會感到極不舒適及非常疲勞。
眼鏡式立體三維圖像
互補色立體三維圖像
當人們觀看兩個由互補色繪制成的體視對圖像時，需配戴上一副為互補色鏡片的眼鏡，如左眼借助紅色鏡片觀看到紅色的圖片，右眼通過藍色的鏡片觀看到藍色的圖片。由于每只眼睛僅能觀看到相應色彩的圖片而觀看不到另一個的圖片，從而實現了雙像的分離；雙像在人的意識中的疊合則形成了立體感。該顯示方法的顯著優點是其簡易性，對視場和景深并無嚴格的限制。但這種不同色像的觀看與復合容易引起人眼的疲勞，而且還無法將其應用于彩色的圖像。
偏振式立體三維圖像
1938年，在紐約舉行的世界博覽會上，展示出首座大型立體電影院，其機理即為偏振式立體三維圖像。該顯示方法的基本思路是用正交偏振的兩束光同時將一體視對圖像投影至同一屏幕上，同時讓觀看者配戴上用一對正交偏振片制成的眼鏡，即可實現雙像的分離。這種顯示方法可制成寬視域和大景深，成像質量優異，畫面栩栩如生，且還可將其應用于彩色的圖像，故在日后迅速發展的立體電視中得到了廣泛的應用。迄今，它仍是實現大屏幕立體顯示最具實用價值和最便于普及推廣的一種立體三維顯示技術。
棱鏡式立體三維圖像
近年來，有人提出利用棱鏡的色散作用實現立體三維彩色圖像。左右雙眼分別借助一枚棱鏡觀看物體時，因棱鏡對藍光的偏轉角較對紅光的大，故經棱鏡折射后的表觀位置分別移藍色物象移至紅色物像的前方，從而使圖像產生出深度感。
光柵式立體三維圖像
最近提出了另一種需配戴眼鏡觀看并可將彩色圖像的色彩變化轉為呈現深度變化的立體三維圖像，稱為光柵式立體三維圖像。即紅色的物體相對于藍色物體位置前移，從而產生出深度感。若用這種方法觀看一幅紅綠藍三基色平面圖片，則會觀看到紅色物體距離人眼最近、綠色物體居中、藍色物體距人眼最遠。該顯示方法可應用于大屏幕（屏幕對角線1m以上）及景深較大的顯示。但光柵通常具有多個折射級，雖可采用一些特殊的技術使某一級折射光光強達到最強，但其他級的折射光干擾通常不易被全部消除。
非眼鏡式立體三維圖像
視差擋板式立體三維圖像
視差擋板式立體三維圖像的基本機理如圖4所示。平面A上交替地排列著分為細條的左眼視像（白色部分）和右眼視像（黑色部分），在雙眼L，R和平面A間置放一狹縫擋板B，使得左眼L僅能觀看到左眼視像，右眼R僅能觀看到右眼視像。記錄圖片A時可用單部相機法，亦可用多部相機法。單部相機法中或采用大孔徑鏡頭（直徑大于瞳距）一次曝光，或讓相機在兩次曝光間位置水平移動，上述兩種工作方式中，照相底片前皆置放狹縫板。多部相機法中先用多部相機從不同的角度拍攝同一物體的視像，然后讓其在相應的位置上同時將各自的視像投射至前面有狹縫板的照相底板上。后者還可發展成投影式顯示屏。
微透鏡陣列式立體三維圖像
20世紀60年代后，利用微透鏡陣列記錄三維物體的空間像又重新倍受人們的重視。該顯示方法亦稱集成照相術（IP）。
柱狀透鏡屏式立體三維圖像
柱狀透鏡屏式立體三維圖像可視為微透鏡陣列式立體三維圖象的一種簡化，即將微透鏡陣列用一系列豎條形柱狀透鏡替代。這樣雖影響了垂直視差，但制造工藝得到簡化。
20世紀60年代后，隨著精密加工、塑料材料、照相及印刷工藝等技術的發展，使得柱狀透鏡屏式立體三維圖像技術達到實用化程度。此種立體三維圖像對屏面大小并無限制，畫面明亮，觀看簡便，但對屏面與柱狀透鏡的配準位置要求較高，圖像的清晰度亦受到柱狀透鏡屏密度的限制。
除偏振式立體三維圖像外，柱狀透鏡屏式立體三維圖像是目前非全息光學式立體三維顯示中一種頗為有效的方法，近年來倍受眾多研究者的重視，而且在立體電視等方面得到了廣泛的應用。如1995年，日本Sanyo公司推出的40英寸立體三維投影系統便采用了經改進過的雙柱鏡屏技術
自動式立體三維圖像
自動式立體三維圖像包括隨機點（Random-dot）立體三維圖像及計算機產生的立體三維圖像，它是由眾多在水平方向上重復周期稍有差異或視角略有變化的基元圖像在該方向上重復排列而形成的。這種由水平方向的周期性產生深度感的現象稱為“壁紙效應”，即注視周期性排列的壁紙圖案時會出現圖像“沉入”或“浮出”紙面的感覺。60年代B.Julesz等人據此制作了左、右眼分視的雙圖案隨機點立體三維圖像。20世紀70年代后，C.W.Tyler等人將其發展為雙眼觀看同一幅圖案的立體三維圖像，并稱為“自動式立體三維圖像” （Autostereo image）。近年來在國內外頗為流行并被稱為“畫中畫”和“魔畫”等。
自動式立體三維圖像作為一種藝術品繞有趣味。但它離不開水平方向重復排列的周期性背景，難以實現純凈無背景的立體三維圖像畫面。另外，注視這種畫面直至產生出立體感的“響應時間”對不少人而言也顯得相當長（可達數分鐘或更長的時間），使其難以用于動態畫面的顯示。
