頭戴顯示器（HMD，Head Mounted Display）是將小型2維顯示器所產(chǎn)生的影像藉由光學(xué)系統(tǒng)放大。具體而言，小型顯示器所發(fā)射的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)凸?fàn)頛ens使影像因折射產(chǎn)生類(lèi)似遠(yuǎn)方效果。利用此效果將近處物體放大至遠(yuǎn)處觀賞而達(dá)到所謂的全像視覺(jué)（Hologram）。小型液晶顯示器（LCD，Liquid Crystal Display）的影像通過(guò)一個(gè)偏心自由曲面Lens，使影像變成類(lèi)似大銀幕畫(huà)面。由于偏心自由曲面Lens為一傾斜狀凹面Lens，因此在光學(xué)上它已不單是Lens功能，基本上已成為自由面棱鏡（prism）。當(dāng)LCD產(chǎn)生的影像穿透A面進(jìn)入偏心自由曲面棱鏡（prism）C面，再全反射至觀視者眼睛對(duì)向側(cè)凹面鏡B面。B面涂有一層mirror coating，反射同時(shí)光線(xiàn)再次被放大反射至C面 ，并在C面補(bǔ)正光線(xiàn)傾斜，達(dá)到觀視者眼睛。

頭戴顯示器的光學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)日趨完善，不僅作為個(gè)人應(yīng)用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可將小型LCD顯示器件的影像透過(guò)光學(xué)系統(tǒng)做成全像大屏幕。除了在現(xiàn)代先進(jìn)軍事電子技術(shù)中得到普遍應(yīng)用成為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的必備裝備外，還拓展到民用電子技術(shù)中。

早在1968年，美國(guó)ARPA信息處理技術(shù)辦公室主任Ivan Sutherland發(fā)明了頭戴顯示器，它被認(rèn)為是世界上第一個(gè)頭戴顯示器它能顯現(xiàn)二維圖像，沒(méi)有浸沉感，用戶(hù)只能看到的線(xiàn)框圖疊加在真實(shí)環(huán)境之上。采用傳統(tǒng)的軸對(duì)稱(chēng)光學(xué)系統(tǒng)，體積和重量都較大。1975年J.H.Clark利用Ivan Sutherland設(shè)計(jì)的頭戴顯示設(shè)備和Utah大學(xué)開(kāi)發(fā)的機(jī)械Wand建立了一個(gè)曲面設(shè)計(jì)的交互環(huán)境。由于當(dāng)時(shí)的相關(guān)技術(shù)還不成熟，并沒(méi)有產(chǎn)生廣泛的影響，但這已是3D交互技術(shù)的雛形。是進(jìn)入虛擬技術(shù)(virtual reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR)應(yīng)用的前奏。

1982年，Thomas Furness III展示了帶有6個(gè)自由度跟蹤定位的頭戴顯示器（HMD），從而使用戶(hù)完全脫離的周?chē)h(huán)境。1984年，Michael McGreevy在NASA Ames創(chuàng)建了并不昂貴的三維立體HMD。1985年，Scott Fisher在NASA繼續(xù)三維立體HMD工程的發(fā)展，創(chuàng)建了由操作者位置、聲音和手勢(shì)控制，帶有廣角立體顯示的頭戴式顯示系統(tǒng)。與之同時(shí)，VPL研究小組研制出了數(shù)據(jù)手套，能夠用來(lái)測(cè)量每個(gè)手指關(guān)節(jié)的彎曲程度。1986年末，NASA的一個(gè)研究小組集成了一個(gè)VR 的3D環(huán)境，用戶(hù)可以用手抓住某個(gè)虛擬物體并操縱它，可以用手勢(shì)和系統(tǒng)進(jìn)行初步交流。

1994年，加拿大Albert大學(xué)的M.Green教授重新在該方向上開(kāi)展了研究，得到了各方面的高度重視�，F(xiàn)在University of Wisconsion-Madison，Washington State University，Brigham Young University, SUNY at Buffalo, University of Clemenson均開(kāi)始該方向的研究。

University of Wisconsion-Madison的初期研究表明，在VR環(huán)境下利用3D交互技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作會(huì)提高設(shè)計(jì)效率10-30倍。VR的應(yīng)用還使得高難度駕駛技術(shù)的培訓(xùn)效率大幅提高，成為必備手段。

頭戴顯示器在虛擬技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中的地位十分重要，統(tǒng)計(jì)表明，普通人從外部世界獲取信息的80%來(lái)自視覺(jué)，如何實(shí)時(shí)地生成大規(guī)模復(fù)雜虛擬環(huán)境的立體畫(huà)面仍然是當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR)研究中亟待解決的問(wèn)題。虛擬現(xiàn)實(shí)的三項(xiàng)指標(biāo)：實(shí)時(shí)性(real time)、沉浸性(immersion)和交互性(interactivity)。所謂實(shí)時(shí)性是指虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能按用戶(hù)當(dāng)前的視點(diǎn)位置和視線(xiàn)方向，實(shí)時(shí)地改變呈現(xiàn)在用戶(hù)眼前的虛擬環(huán)境畫(huà)面，并在用戶(hù)耳邊和手上實(shí)時(shí)產(chǎn)生符合當(dāng)前情景的聽(tīng)視和觸覺(jué)/力覺(jué)響應(yīng)。所謂沉浸性是指用戶(hù)所感知的虛擬環(huán)境是三維的、立體的，其感知的信息是多通道的。所謂交互性是指用戶(hù)可采取現(xiàn)實(shí)生活中習(xí)以為常的方式來(lái)操縱擬場(chǎng)景中的物體，并改變其方位、屬性或當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按硬件組成可分成三類(lèi)：頭戴式顯示器是最早的VR顯示器，它利用頭戴將人的對(duì)外界的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)封閉起來(lái)，引導(dǎo)用戶(hù)產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的感覺(jué)。目前的頭戴式顯示器的分辨率已達(dá)到1024×768。

目前小型高像素、高灰度液晶顯示器（LCD）的單價(jià)極端昂貴，因此，日本天堂公司利用OSR元件使18萬(wàn)畫(huà)素的LCD產(chǎn)生相當(dāng)于72萬(wàn)畫(huà)素，水平解析度500條以上的畫(huà)質(zhì)效果。OSR是由偏光控制元件（液晶房間）與復(fù)折射板所構(gòu)成。藉由 OSR元件將隨著虛擬現(xiàn)實(shí)電子顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，可預(yù)期未來(lái)類(lèi)似HMD可將小型LCD顯示器件的影像透過(guò)光學(xué)系統(tǒng)作成全像大銀幕的需求將日益增加。另外由于自由曲面棱鏡的設(shè)計(jì)乃至加工量產(chǎn)技術(shù)將因此更趨完備。除光學(xué)技術(shù)之外，納米級(jí)（nano）超精密機(jī)械加工技術(shù)亦將成為本世紀(jì)初的熱門(mén)課題。