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人们生活的世界是三维的，人们的双眼具有立体的感知能力，所以人们能够辨别物体之间的距离、前后位置及方向等等。用摄像机来拍摄图像，相当于用一只眼睛来观察世界，但人们依然能够判断出图像中物体之间的位置关系。2D-3D图像转换便应用了人眼的这种立体感知原理。
人类对视觉和艺术的研究和实践表明，只要提供给两只眼睛相对独立的图像，并恢复两只眼睛之间的视差，就能够使双眼获得真实的立体视觉[3]。现在人们对人类立体视觉机理的研究变得越来越活跃了，一门新的学科——生理光学，逐渐形成。根据人们对生理光学的研究，人眼的立体视觉是在人眼的内部生理条件和很多外部的客观条件的共同作用下形成的。
如前文所述，当我们用两只眼睛观察物体时，能够感知物体的立体感；如果只用一只眼睛观察，也可以分辨出物体的方向与距离。根据大量的研究成果，我们把立体视觉归为两类：单眼立体视觉和双眼立体视觉。
2.1.1 单眼立体视觉
（1）人眼调节效应
人眼的调节效应指的是在人们观察物体时，随着人眼与物体距离的变化，人眼的睫状体肌会随之改变松弛程度，这样眼睛晶状体的曲率就得到了调节，晶状体的焦距也随之改变，距离不同的物体就都可以清晰成像在视网膜上。人眼与物体的距离能够反映在睫状肌的松弛程度上，从而由大脑感知。不过该效应的有效距离有限，距离如果超过5米便会失效。
（2）单眼运动视差
如果人眼与物体间产生了相对运动，视线方向的变化会改变物体在单眼视网膜上的像，由此产生了物体的一系列像，它们之间的相互比较在大脑中形成了立体视觉[4]。换句话说，物体和观察者之间的相对位置会随着他们之间的相对运动而不断变化，大脑能够根据这种变化得出物体的相对位置。如果用单眼观察物体，并且眼睛的位置不改变的话，人们对深度感的心里暗示只能来自于上述的调节效应。当眼睛移动时，人们便能够从不同的角度来观察物体，深度感也就由此产生，这种效应就叫做单眼运动视差。当然了，这只适用于观察者与物体之间存在相对运动的情况，作用的距离也能够达到300米。文献综述
图2.1表示人眼在t和t1两个不同时刻观察物体的情况，由图可见物体的前后位置不同，视角的变化大小也不同，大脑可以感知这种变化，并判断出相对位置。
图2.1 单眼运动视差示图
（3）物体在视网膜上成像的相对大小
距离或者大小不同的物体在视网膜上所成像的大小也不同。物体离视网膜越远，人眼对物体的视觉角度就越小，所成的像也就会越小。所以人眼能够根据物体在视网膜上所成像的大小来判断物体之间的前后关系。这种效应的作用距离能够达到500米。
（4）大气的散射效应
众所周知，地球表面存在一层大气层，光线在大气中传播时会被大气中的灰尘和微粒所散射和吸收，这就造成了较远处的物体的色彩饱和度、亮度以及对比度都会比较低，成像较模糊，而且具有较多的蓝色成分，这就是大气的散射效应。据此，大脑便可以根据物体成像的饱和度和对比度的不同来判断物体的远近。
（5）遮挡作用
物体之间的相互遮挡也表现出了彼此的深度信息，被遮挡的物体的距离总是比遮挡的物体的距离远。在我们对遮挡物体的判断中，遮挡物体具有连续平滑的轮廓线，而被遮挡物体的轮廓线会被截断。
（6）光强和阴影的作用
一般而言，相对于距离光源较远的物体，距离较近的物体具有更高的亮度。而且，当一个物体表面上有另一个物体的投影时，投影的物体与光源的距离更短些。据此，大脑便可以根据成像的亮度、物体上的阴影以及光源的位置来判断物体间的相对位置。