| 人具有立体视觉能力，这是由于人有两只眼睛（成人的瞳孔间距平均为65mm），它们从不同的方位获取同一景物的信息，各自得到关于景物的二维图像，左眼看到图像的左侧部分多一些，右眼看到图像的右侧部分多一些。这种在双眼视网膜结像时出现的微小水平像位差称为双眼视差（binocular parallax）或立体视差（stereoscopic vision）。人的大脑通过对左右两幅图像以及两幅图像的视差进行分析和处理，可以得到关于景物的光亮度、形状、色彩、空间分布等信息。
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| 双目视差立体显示又可以分为沉浸式系统、半沉浸式系统、自由立体显示技术和多视点自由立体显示技术。
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| 沉浸式系统基于双目视差立体显示技术，需要佩戴偏振眼镜、互补色眼镜或液晶光开关眼镜等辅助工具。通过双目观察将两幅图像投影到两只眼睛，观察者需要戴上特定的立体眼镜，图像处理系统会将两幅图像各自输入到不同的镜片（显示器）上，从而使不同的眼镜观察到不同的图像。同时，观察者的头盔上还配有头部运动跟踪器，通过该跟踪器，系统可以得到观察者头部的运动方向和速度，从而更新镜片上的图像，获得立体效果。
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| 尽管立体显示效果（深度感）比较优良，解决了视角和位置变化的问题，但其本质上也是基于像素的，人眼被完全占据，除了观看屏幕外无法进行其他工作，在很多场合并不适用，不能满足多人同时观察和及时交互，常用在航空模拟等专用场合。
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| 半沉浸式系统将两幅图像投影到一个光滑的平面屏幕上，然后通过特殊眼镜进行观察，且保证每只眼睛只看到它本应看到的图像。正如在沉浸式系统中使用的头部运动跟踪器，半沉浸式系统也允许观察者从模型的不同角度进行观察，虽然在某个角度部分场景会从视野中消失，但是与沉浸式系统不同的是，这些特殊的眼镜允许观察者同时观察环境中的现实物体和模型。
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| 以上两个系统的共同点是都需要佩戴特定的眼镜，使得观察者的视野被仪器所限制。虽然允许一人或多人同时观察并交互，但也是有人数的限制。观察人数越多，对计算机处理能力的要求也会随之提高。
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| 自由立体显示技术也是基于双目视差立体显示的技术，但它不需要佩戴偏振眼镜等辅助工具，解决了佩戴设备所带来的恶心、头晕等不适感。许多投影技术可以使图像仅在一个特定的“空间视窗”中被看见。一组图像会被投影到一串相连的窗口上，观察者站在显示器前，两只眼睛可以接收到不同的景象，从而得到立体的感觉。大多数自由立体显示器都允许水平视差，即允许观察者从左到右地移动观察模型。
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| 该技术的最大优点是人眼不会被限制，能够应用于更多的场合；其缺点是只能观看有限的景象范围，多人同时观察时不方便。
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| 多视点自由立体显示技术最主要的特点就是其可以提供多个视点，同时供多人观看，除了不能产生具有深度感的图像以外，其能在观察者水平位置变化的同时使图像随之旋转，与人在水平运动中观察真实物体的效果相似，使观众能够在较大角度内的多个位置用裸眼自由、清晰地感受到立体画面所带来的视觉冲击，被认为是多媒体虚拟显示技术的未来，因此成为多媒体领域的研究热点。
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