在自然界中，所有自然现象及物体都是三维的，是三维世界的产物，地震勘探也不例外。通过地震勘探所获得的地震资料虽然有二维和三维之分，但它们所表征的地下地质特征都是三维的，因而从本质上来说地震资料是三维的，二维地震资料只是地震资料的一种抽象。长期以来，虽然地震资料是三维的，但受技术及成本因素限制，习惯性地将其映射到一个二维平面上，通过二维地震剖面的形式在二维空间中来表征本应隶属于三维空间中地震响应特征及地质特征。
从人类发展历史来看，用二维图像来描绘三维世界有其合理性，因为它实现起来比较简单而且成本低。尽管如此，由于缺少了第三维，地震剖面这种二维图像必然存在着局限性，因此人类一直在探索用更形象的方式来描述这个美丽的三维世界。比如，画家们很早就尝试用扭曲的线条和阴影描绘现实场景，并在此基础上形成了三维立体画绘制技术。
三维立体画是利用人眼立体视觉现象制作的绘画作品，它们在传统二维平面图像的基础上增加了景深，使之拥有突出的前景和深邃的背景，虽然摸上去是平的，但看上去是立体的，为人们带来了新的视觉感受。早期的三维立体画是人工绘制的，制作比较繁琐，需要涉及较高的绘画技巧及经验，而计算机的出现和计算机图形学的发展为三维画和立体画的制作带来了革命性进步，并据此形成了三维可视化技术。
三维可视化技术是一种将二维平面空间通过特殊的光影组合转换为虚拟三维空间并在该空间中表达三维物体的技术。三维可视化的成像过程实际上是一种三维建模过程。借助计算机图形学中的照明、透视和景深等算法将现实中的物体转换为三维模型后，通过二维映射的方式把它们显示在二维的计算机屏幕上，并通过某些人机通信手段在虚拟三维空间中以实时交互方式对其进行操纵。与二维平面显示技术相比，三维可视化技术能够更直观、更形象地将事物表达出来，因而在电子游戏、建筑设计、航空航天、医学、机械制造、城市规划等领域得到了广泛应用，并在20世纪80年代末被引入地震资料的处理和解释过程中，其中以在地震资料解释领域所取得的成效最为显著。
在地震资料解释中，可利用三维可视化技术可将三维地震资料体及地质解释成果显示在三维空间中，直接从三维空间视角去表达地震响应和地质体的形态、岩性及物性等特征，能够使地球物理学家更直观、更清晰、更形象地理解油气藏储层特征及油气藏范围。地层有多厚，地层的形态特征是什么，哪里有油，哪里有气，油气是如何运移的，都可以通过三维可视化技术令人一目了然。
除了能够对地震、地质等地学数据进行立体显示和直观表征外，三维可视化技术还为石油勘探与开发各环节的信息表达、数据分析和知识挖掘带来了全新的方法，如三维可视化空间地震构造解释、三维立体构造成图、三维地质体自动识别与成像等，以此为基础可建立有别于二维地震资料解释模式的地学综合分析流程，有助于更好地理解地球内部的地质构造特征，实现盆地沉积演化史和复杂油气藏成藏过程分析。
虽然三维可视化技术相对于二维显示技术的可视空间显著增强，但它也有一些弱点，如人对机器的控制较难，交互体验较差，趣味性和实用性不足，难以给予观看者或操纵者身临其境的感觉。因此，基于高性能计算机、高清晰度显示器和三维立体图形显示技术的沉浸式、趣味性和实用性更强的虚拟现实（VR）技术问世了。
虚拟现实技术是三维可视化的高级形式，最早由美国科学家、同时也是计算机艺术家的迈伦·克鲁格于1969年提出，并一直使用至今。虚拟现实这个词很奇特，它既是虚拟的，又是现实的，是虚拟和现实的集合体。
随着人类科学技术的持续发展，虚拟现实技术也在不断进步，但不同阶段的虚拟现实技术内涵与层次不同。根据虚拟现实技术的目的和手段差异，虚拟现实技术通常可划分为3种类型：普通虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）。
虚拟现实技术具有沉浸式、可交互等优点，对表征复杂的物体及非接触式环境具有优势，因而近年来被广泛应用于地震资料解释、地质综合研究、钻井实时导向、远程综合决策等地学领域，可使人们更好地理解地质构造特征，仿佛一个人进入地球内部一样，可通过传感器与地层中的岩石、油气藏等进行“触摸”，甚至还可以感受岩石的粒度大小、油气藏的气味等。
作为三维可视化的高级形式，虚拟现实及相关配套解释技术可用于展示运动中的立体图像，并可使观察者产生“人在画中游，画在景中走”的感觉，为石油勘探生产环节的各种资料分析方式带来革命性变化，使地震、地质等资料的解释精度达到前所未有的程度，允许用户以沉浸式对各种资料进行多角度浏览和三维空间解释，有助于更真切地理解地球和地球内部的特征，实
现地质演化历史和复杂油气藏的多学科分析。未来随着高性能计算机技术、高密度显示器和三维图形显示技术的发展，新一代轻量级、高实用性的虚拟现实设备成为可能，深度传感摄像机传感器套件、运动控制器和自然人机界面将是人类日常计算任务的一部分。以虚拟现实技术为核心的三维可视化技术已经进入产业化阶段，虚拟现实技术在地学领域将会获得更广泛的应用，实现真正意义上的全空间、立体化地学数据分析与解释。