随着计算设备的发展,人机交互领域受到广泛关注。三维显示作为一种可以显著提高认知和交互效率的显示方式,是未来显示领域的发展方向。近年来,裸眼三维显示越来越受到人们的关注,它不需要任何助视设备便可以为人类提供自然的三维图像。然而,目前大多数研究都集中在裸眼三维显示器的显示性能提升方面,而缺乏对其认知效能的评估和对其人机交互行为的分析。因此,为提升裸眼三维显示设备的空间场景认知理解效率,设计更加高效的三维显示人机交互界面,本文提出研究裸眼三维显示装置的认知交互效用。具体的研究内容及创新点如下:（1）基于空间认知能力度量的裸眼三维显示器认知性能量化评估方法空间认知能力是科学分析裸眼三维显示装置空间认知效用的一种标准。为此,研究构建包含空间视觉化能力、空间定向能力及空间关系能力的空间认知能力多维度描述因子,实现对空间认知能力进行多维度分解,设计了相关的评估实验对观察者在裸眼三维显示装置上的认知效能进行定量评估。最终根据任务完成的准确性及平均反应时间两项衡量指标实现对裸眼三维显示环境下用户空间认知能力的度量。同时,基于定量实验结果,利用T检验的统计分析方法分析了显示类型、性别因素、视场角度等单因素引发空间认知能力差异的显著性程度。实验结果从定量的角度证明了裸眼三维显示在提高用户空间认知能力的准确性方面相对于传统2D显示具有绝对的优越性。（2）基于菲兹定律的裸眼三维显示手势交互行为分析建模方法缺乏对裸眼三维显示手势交互行为的分析,国内外研究者很难定量衡量裸眼三维显示界面的人机交互效率。为了更好地理解裸眼三维显示界面用户的手势交互行为机制,基于三维扩展菲兹定律设计了空间小球点击交互实验,以构建裸眼三维显示的交互行为模型基础。实验使用到两个实验参量倾斜角和方位角来描述,通过控制点击操作距离和3D目标排列方式记录用户完成实验点击任务的平均反应时间。最终对实验场景的三维光场构建及对实验结果的分析拟合,研究最终获得裸眼三维显示的点击交互行为模型,该模型可用于预测裸眼三维显示环境的用户点击任务反应时间,为该环境下用户的点击行为提供了一套可量化的行为模型基础。