Es la visión binocular (dos ojos) que produce la sensación de una imagen en tres dimensiones, al ser procesadas por el cerebro, a la vez, las dos imágenes que captan las retinas oculares. Puesto que los campos de visión están superpuestos en gran parte para obtener este efecto, nada más el área superpuesta permite la visión tridimensional.
Diagrama de Descartes.Por esto hace falta tener las órbitas oculares frontalizadas, puesto que de este modo el área de incidencia de la visión de ambos ojos es prácticamente idéntica, permitiendo una visión tridimensional de casi la totalidad del espacio visual. Es pues un tipo de visión que pierde amplitud de campo por ganar profundidad de campo. Esto es típico en depredadores, que necesitan calcular la distancia a la presa para cazar, o de las aves para saber por donde ir, pero es poco común en herbívoros terrestres, puesto que su alimento siempre se encuentra en un solo plano (el suelo) y es poco específico, así como también su vigilancia contra los depredadores, que ha de abarcar el máximo radio posible y debe ser indiscriminada.
Por lo tanto, si tenemos dos imágenes tomadas desde ángulos ligeramente diferentes y las mostramos por separado a cada ojo, el cerebro es capaz de reconstruir la distancia (y por lo tanto la profundidad) analizando la disparidad o el paralelismo entre estas imágenes. El cerebro humano también usa otras señales de profundidad para percibir las tres dimensiones, tales cómo: perspectiva, superposición, enfoque, iluminación y sombras.
En la base de cualquier tipo de percepción tridimensional, se encuentran una serie de complejos procesos fisiológicos y psicológicos relacionados con la visión, que desembocan en la creación de una sensación de volumen y dota a los objetos de un aspecto sólido y los sitúa en un punto concreto del espacio.
En última instancia, la materia prima de estos procesos es la obtención de dos imágenes distintas de una misma escena por parte de los dos ojos. Estas imágenes son procesadas y comparadas por el cerebro, el cual acaba creando una sensación espacial.
Estos mecanismos se utilizan de forma inconsciente en todo momento, por lo que, en general, no nos damos cuenta de que estamos viendo en tres dimensiones. Sin embargo, cuando se trata de observar representaciones que estamos acostumbrados a ver planas (tales como cuadros, dibujos o fotografías), el efecto es enormemente llamativo.
Esta visión en tres dimensiones, también llamada visión estereoscópica o visión en relieve, resuta de la capacidad del sistema visual de dar aspecto tridimensional a los objetos a partir de las imágenes en dos dimensiones obtenidas en cada una de las retinas de los ojos.
Se trata de un estado de la visión que se produce cuando ambos ojos fijan su atención simultáneamente en un mismo objeto. La fusión automática de ambas imágenes crea una percepción única en la que es posible apreciar distancias, espesores, profundidades y dimensiones.
En la creación de estas sensaciones intervienen tanto aspectos de la visión monocular como de la binocular, las cuales se suman y complementan
Visión monocular
Cada vez que se observa una escena o un objeto empleando para ello un solo ojo, se obtiene una imagen plana, bidimensional. Es lo que se denomina visión monocular.
En esta imagen, al igual que cuando vemos un cuadro o una fotografía, existen una serie de factores que, de una forma intuitiva, aportan información sobre aspectos tridimensionales como distancia o profundidad.
Pueden diferenciarse tres tipos distintos de mecanismos que actúan a nivel de la visión monocular para proporcionar información tridimensional, estos son mecanismos geométricos, el movimiento de paralaje, y mecanismos relacionados con la musculatura ocular.
Movimiento de paralaje
Cuando cambiamos de posición los ojos desplazando la cabeza, la posición relativa en que se presentan los objetos se ve modificada.
Si centramos la atención en un objeto situado a una distancia intermedia entre los objetos más lejanos y los más cercanos de la escena, los que se sitúan a mayor distancia parecen desplazarse en el mismo sentido que nosotros, y tanto más rápido cuanto más alejados están.
Por el contrario, los objetos situados a menor distancia del objeto en que nos fijamos parecen desplazarse en sentido contrario y a mayor velocidad cuanto más próximos se encuentren.

El desplazamiento del observador produce la impresión de que se mueven los objetos de la escena.
La flecha de la izquierda representa el movimiento del observador, y las demás reflejan el desplazamiento aparente de los objetos.
Mecanismos geométricos
Distribución de luces y sombras
Se trata de un factor de gran importancia, ya que la luz modela la forma de los objetos aportando claves en cuanto al volumen de los mismos. Es una técnica muy utilizada en fotografía (ver par de estereofotografías), pintura y cine. Una iluminación rasante refuerza las sombras acentuando el relieve y el aspecto tridimensional de los objetos. Es un mecanismo ligado a la visión de los contrastes.
Superposición de imágenes
El hecho de que unos objetos cubran en parte a otros es rápidamente interpretado por el cerebro como que los que son parcialmente cubiertos se encuentran más alejados que aquellos que los ocultan.
Perspectiva
El efecto de perspectiva produce una clara sensación de profundidad. Las líneas paralelas horizontales parecen converger en el horizonte. Así, para dos objetos que se observan con el mismo tamaño, y que están situados en una misma línea horizontal, parece que está más cercano aquel que se sitúa más alejado del punto de convergencia de las líneas horizontales (árbol de la derecha en la siguiente figura).
Por otra parte, tal como se observa en la figura, dado que el tamaño sobre el papel de los dos árboles es el mismo, parece que es más grande el que se sitúa más alejado del observador. (más adelante se presenta un ejemplo que ilustra este fenómeno basado en la percepción de las distancias y tamaños en la percepción tridimensional).

La figura ilustra el efecto de la perspectiva en la estimación de las distancias.
El árbol de la mitad superior se encuentra a menor distancia del punto de convergencia que el de la parte inferior, por lo que se interpreta como más alejado del observador
Como el tamaño en el dibujo es el mismo, da la sensación de que dicho árbol es mayor.
Tamaño aparente de los objetos
Se compara el tamaño que presentan objetos conocidos con su tamaño real recurriendo a la memoria. Cuanto menor sea el tamaño con que aparece un objeto, mayor es la distancia a que se encuentra.
Resolución del sujeto
Por efecto de la calima (ver par de estereofotografías mostrando el efecto) y el polvo atmosférico, cuanto mayor es la distancia a que se encuentra un motivo, este aparece con menor resolución y nitidez, a la vez que tiende a homogeneizarse el color.
Mecanismo muscular
Durante la actividad cotidiana de la visión, y de forma casi totalmente subconsciente, procuramos que nuestros ojos enfoquen adecuadamente las imágenes de las entidades que se presentan frente a nosotros.
Las órdenes que el encéfalo envía a los músculos intrínsecos del ojo, encargados de modificar la forma del cristalino para efectuar la acomodación con el fin de crear una imagen nítida en la retina, están integradas a nivel de la corteza cerebral en la obtención de la sensación visual. De este modo, se aportan algunos elementos adicionales en la apreciación de la distancia.
Cuando el sistema oculomotor ha de realizar gran esfuerzo de acomodación para que la imagen de la retina sea clara, quiere decir que el objeto se halla próximo. Cuando se encuentra a una distancia de unos veinticinco centímetros o menor, la acomodación ya no es posible.
Visión binocular
La visión binocular, es decir, la que se obtiene mediante la participación de los dos ojos, permite la fusión en una percepción única de las sensaciones recogidas por ambas retinas.
La visión simple de un objeto con los dos ojos se denomina plopía, y se produce en las inmediaciones del punto en que se centra la mirada, conocido como punto de fijación.
A determinada distancia por delante y por detrás de dicho punto de fijación, se produce una visión doble de los objetos, lo que se conoce como diplopía fisiológica.
Este hecho es fácilmente comprobable colocando un dedo frente a nosotros, si nos fijamos en el dedo, observamos que los objetos situados a mayor distancia se ven dobles, y si nos fijamos en estos objetos más alejados, vemos dos dedos.