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인간이 두 눈으로 봄으로써 입체를 지각한다는 사실에 기초를 두고 있다. 입체영화는 2대의 사진기 또는 쌍둥이 렌즈가 부착된 사진기로 촬영하는데, 하나는 왼쪽 눈을, 다른 하나는 오른쪽 눈을 나타낸다.

이 두 렌즈는 사람의 두 눈의 간격만큼인 약 6.3㎝가 떨어져 있다. 여기서 얻어지는 영상은 2대의 동시투사기에 의해 스크린에 투사된다. 관객은 반드시 다른 색조를 띠었거나 편광된 안경을 끼어야만 왼쪽 눈과 오른쪽 눈의 영상들을 그 영상들이 나타내는 대로 볼 수 있다. 관객은 영상들을 현실적으로는 따로따로 보지만 실제로는 이 2개의 약간 다른 영상들이 관객의 정신에 의해 융합되기 때문에 입체 형태로 지각하게 된다.

촬영소와 독립 제작자들은 1920~30년대에 계속 3차원 형태를 실험했다. 뒤에 많은 기술적인 문제가 자연영상 기법(natural vision process)으로 해결되었는데, 이 기법은 자연색으로 촬영하는 것을 가능하게 한 줄무늬 편광 렌즈를 사용해(관객은 줄무늬 관람 안경을 써야 함) 촬영에 있어 인간 눈의 수렴원리를 정확하게 응용했다.

최초의 입체영화는 〈봐나 악마 Bwana Devil〉(1952)이며 그 뒤를 이어 급히 제작된 몇 편의 활극 영화가 있었다. 일반적으로 미국에서 제작된 입체영화는 영화의 수준이 낮아서 약 1년 뒤에 인기가 크게 떨어졌다. 이탈리아·독일·네덜란드·영국 등 여러 나라의 영화제작자들이 미국의 제작자들과 거의 같은 시기에 입체영화를 실험했으나 유럽에서는 입체에 대한 환각이 더이상 새롭게 인식되지 못하자 곧 사라졌다. 이 영상기법은 1970년대에 다소 부활되기도 했다.