นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์ ชาร์ลส วีตสโตน ได้อธิบายการมองเป็น 3 มิติในปี พ.ศ. 2381 ว่า "ใจรับรู้วัตถุที่มี 3 มิติโดยอาศัยภาพที่ไม่เหมือนกันสองภาพที่มันฉายที่จอตา"[33]เขารู้ว่าเพราะตาแต่ละข้างมองโลกจากตำแหน่งในแนวนอนที่ต่างกัน ภาพของตาข้างหนึ่งจึงต้องต่างจากอีกข้างวัตถุที่ห่างจากตาในระยะต่าง ๆ กันจะแสดงภาพที่ตาทั้งสองโดยมีตำแหน่งทางแนวนอนต่าง ๆ กัน ตัวช่วยแสดงความใกล้ไกลเช่นนี้ เรียกว่า ความต่างทางแนวนอน (horizontal disparity) หรือความต่างในจอตา (retinal disparity) หรือความต่างที่สองตา (binocular disparity)เซอร์วีตสโตนแสดงว่า นี่เป็นตัวช่วยแสดงความใกล้ไกลโดยสร้างภาพลวงตาที่ให้เห็นความใกล้ไกลจากภาพ 2 มิติสองภาพที่ต่างตามแนวนอนเท่านั้นเพื่อแสดงภาพที่ต่างกันแก่ตาแต่ละข้าง เซอร์วีตสโตนจึงได้ประดิษฐ์กล้องมองภาพสามมิติ (stereoscope)

เลโอนาร์โด ดา วินชี ก็รู้เหมือนกันว่า วัตถุที่มีระยะใกล้ไกลต่าง ๆ กันจากตา จะฉายภาพลงที่ตาทั้งสองโดยมีตำแหน่งตามแนวนอนที่ต่างกันแต่เขาเพียงสรุปไว้ว่า ปรากฏการณ์นี้ทำให้จิตรกรไม่สามารถแสดงความใกล้ไกลที่เหมือนจริงในภาพที่เขียนลงบนผ้าใบผืนเดียว[34]

กล้องมองภาพสามมิติกลายเป็นเรื่องนิยมในสมัยวิกตอเรีย อาศัยนวัตกรรมกล้องที่ทำด้วยปริซึม (ของ David Brewster)เมื่อร่วมกับเทคโนโลยีการถ่ายภาพ จึงมีสเตอริโอแกรม (ภาพสามมิติ) เป็นหมื่นที่ได้ผลิต

จนกระทั่งถึงคริสต์ทศวรรษ 1960 งานวิจัยเรื่องการเห็นเป็น 3 มิติก็เพื่อสำรวจขอบเขตสมรรถภาพของมัน และความสัมพันธ์กับการเห็นเป็นภาพเดียวด้วยสองตาในทศวรรษนั้น นักประสาทวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน-ฮังการีจึงได้ประดิษฐ์ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม (random-dot stereograms)[35]ภาพเช่นนี้ไม่เหมือนภาพ 3 มิติที่เคยทำมาก่อน ที่รูปแต่ละครึ่ง (สำหรับตาแต่ละข้าง) จะแสดงวัตถุที่รู้จัก

ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่มจะมีรูปสี่เหลี่ยมแต่ละครึ่งแสดงจุด 10,000 จุด โดยแต่ละจุดจะมีโอกาสเป็นสีขาวหรือดำที่ 50%จะไม่มีวัตถุอะไร ๆ ที่รู้จักบนรูปทั้งสองรูปแต่ละข้างแทบจะเหมือนกัน ยกเว้นข้างหนึ่งจะมีส่วนสี่เหลี่ยมจตุรัสที่ย้ายที่ตามแนวนอนไปเป็นระยะประมาณ 1-2 จุด ซึ่งสร้างความต่างตามแนวนอนส่วนช่องเปล่าที่เหลือจากการย้ายภาพก็จะเติมให้เต็มด้วยจุดโดยสุ่ม ซึ่งจะพรางสี่เหลี่ยมที่ย้ายไปแต่ถ้ามองภาพทั้งสองภาพโดยแต่ละภาพใช้ตาข้างเดียว สี่เหลี่ยมที่ย้ายไปนี้จะมองเห็นได้ทันทีเพราะจะปรากฏใกล้หรือไกลกว่าจุดอื่น ๆ

นักวิทยาศาสตร์ผู้นี้ได้เรียกสี่เหลี่ยมที่เห็นเป็น 3 มิตินี้ว่า ภาพไซคลอปส์ (Cyclopean image) โดยตั้งชื่อตามยักษ์ไซคลอปส์ที่มีแค่ตาเดียวเพราะมันเหมือนกับว่าเรามีตาของไซคลอปส์ภายในสมองที่สามารถเห็นสิ่งเร้าที่ตาแต่ละข้างไม่สามารถมองเห็น

ภาพเช่นนี้ได้แสดงปัญหาหนึ่งของการเห็นภาพเป็น 3 มิติ ซึ่งก็คือการกำหนดว่าส่วนไหนของภาพหนึ่งเป็นส่วนเดียวกับของอีกภาพหนึ่ง (correspondence problem)เช่น จุดไหนของภาพหนึ่งจะสามารถจับคู่กับจุดหลายจุดที่มีสีเดียวกันในอีกภาพหนึ่งระบบการเห็นของเราชัดเจนว่า แก้ปัญหานี้ได้ เพราะเราเห็นความใกล้ไกลแทนที่จะเห็นจุดอื่น ๆ ที่ไม่ตรงกัน

ในทศวรรษเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งได้พบเซลล์ประสาทในเปลือกสมองส่วนการเห็นของแมว ที่มีลานรับสิ่งเร้าในทั้งสองตาโดยอยู่ในตำแหน่งตามแนวนอนต่าง ๆ กัน[36]ซึ่งเป็นมูลฐานของการเห็นเป็น 3 มิติ (เพราะเซลล์พวกนี้จะมีข้อมูลเพื่อคำนวณความต่างของภาพซึ่งสามารถแปลเป็นระยะใกล้ไกล)แต่นักวิทยาศาสตร์ทรงอิทธิพลคือ David Hubel และ Torsten Wiesel ก็ได้คัดค้านทฤษฎีนี้ จนกระทั่งพวกตนพบเซลล์ประสาทแบบเดียวกันในลิง[37]

ในคริสต์ทศวรรษ 1970 นักวิชาการได้ประดิษฐ์ออโตสเตอริโอแกรม ซึ่งเป็นภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม ซึ่งสามารถเห็นได้โดยไม่ต้องใช้กล้องมองภาพสามมิติ[38]และเป็นเหตุจุดชนวนความนิยมของหนังสือซึ่งแสดงภาพที่เรียกว่าภาพ Magic Eye

ในทศวรรษ 1980 นักวิจัยได้พบเซลล์ประสาทในเขตสายตา V2 (ในเปลือกสมองส่วนการเห็น) ของลิง ที่ตอบสนองต่อความใกล้ไกลของ ภาพ 3 มิติที่ทำจากจุดสุ่ม[39]

ในปี 2532 นักวิชาการได้แสดงด้วยภาพถ่ายว่า ภาพที่ตกลงที่จอตาโดยไม่มีความต่างเนื่องจากพารัลแลกซ์แต่มีเงาที่ต่าง ๆ จะรวมเข้าด้วยกันทำให้สามารถรู้สึกความใกล้ไกลในภาพได้เขาได้เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า shadow stereopsis (การเห็นเป็น 3 มิติเหตุเงา)ดังนั้น เงาจึงเป็นตัวช่วยการเห็นเป็น 3 มิติเพื่อรู้ใกล้ไกลที่สำคัญเขาแสดงปรากฏการณ์นี้ด้วยการถ่ายภาพพระจันทร์ 2 รูป ณ เวลาที่ต่างกันและดังนั้น พระจันทร์จึงมีเงาต่างกัน แล้วทำให้ปรากฏเป็นภาพ 3 มิติ แม้จะไม่มีตัวช่วยให้เห็นเป็น 3 มิติอื่น ๆ[40]