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近年来,立体显示技术得到了突飞猛进的发展,各种3D显示设备层出不穷。主流显示设备分为两大类:头戴式显示(head-mounted display,HMD)设备和裸眼3D显示(naked eye 3D display)设备。其中头戴式显示设备在市场上主要有戴眼镜3D和头戴VR设备,这一类设备的优势就是能够提供更好地立体视觉效果和观影沉浸感。裸眼3D显示设备的主要产品有裸眼3D显示器和全息投影显示设备,其优点就是观看舒适便捷。从历史来看,产品简洁化成为发展的必然趋势,而裸眼3D显示设备符合这一趋势。另外,立体显示技术中的另一大阻碍就是视觉诱导晕动症(visually induced motion sickness,VIMS),具体表现为使用者会产生头晕、虚汗、恶心、呕吐等不适症状。这一现象严重危害了消费者的身体健康,也在一定程度上阻碍了立体显示技术的发展。因此对裸眼3D显示技术和视觉诱导晕动症进行研究具有重大意义。本论文的研究目的是通过对裸眼3D显示技术进行研究,为实时超高清裸眼3D显示技术中的多视图绘制和基于浮点型柱状透镜光栅(floating-point cylindrical lens gratings)显示器的视图融合技术提供更简单和节省资源的硬件实现方案;通过对视觉诱导晕动症的研究,提出处理人体平衡性数据的新方法,并从平衡性角度找到能够用来评估VIMS的指标。在裸眼3D显示方面,论文首先介绍了人眼立体感知(Stereo perception)的原理和主流裸眼3D显示设备的基本原理,然后根据裸眼3D显示设备基本原理提出了非对称shift-sensor摄像机设置(Asymmetric shift-sensor camera setup)模型,并针对浮点型柱状透镜光栅,提出了一种改进的多视点图像融合方法;最后在此基础上,提出了实时超高清裸眼3D显示系统并进行了仿真验证。在VIMS研究方面,论文使用基于VR的汽车驾驶模拟器诱发受试者产生VIMS症状,采集实验过程中受试者的平衡板(Wii Balance Board,WBB)和加速计(Accelemeter,ACC)数据,提出能够有效区分晕动状态(VIMS state)和非晕动状态(non-VIMS state)的指标。论文的主要研究成果包括:(1)在多视点视图绘制中,针对虚拟视图生成问题,提出了一种非对称shift-sensor摄像机设置模型。该摄像机设置模型将生成的虚拟视图都排列在原始视图的一侧,这样,所有的虚拟视图可以用相同的基于深度图像绘制(depth-image-based rendering,DIBR)算法生成,从而有效地降低了多视点视图绘制模块硬件实现的复杂度。(2)针对浮点型柱状透镜光栅,提出了一种改进的多视点图像融合方法。该方法对微透镜系数阵列(Microlens coefficient array)生成公式进行了简化,降低了多视点图像融合的硬件实现复杂度。在此基础上,给出了硬件实现电路图。(3)提出了实时超高清裸眼3D显示系统并进行了仿真验证。结果表明,与其他的硬件设计相比,本文的系统所需的存储资源更少;在设置适当的参数时,系统可以提供相当好的立体图像质量。(4)针对WBB数据,从时域和频域中共选取了36种候选的评估指标。统计学分析表明,睁眼状态和闭眼状态之间的人体平衡性有显著性差异的指标是:平均距离(mean distance)、均方根距离(rms distance)、平均速率(mean velocity)、95%置信圆面积(95%confidence circle area)、95%置信椭圆面积(95%confidence ellipse area)、摇摆面积(sway area)、功率谱密度(power spectral density,PSD)。在睁眼状态下,未晕动状态和晕动状态的AP方向功率谱密度(PSD AP)、AP方向质心频率(centroidal frequency AP)有显著性差异;在闭眼状态下,未晕动状态和晕动状态的ML方向频率色散(frequency dispersion ML)有显著性差异。(5)对于ACC数据,在睁眼或者闭眼状态下,未晕动状态和晕动状态的AP方向角度标准差和AP方向角度峰值均有显著性差异,可以作为评估VIMS的指标。本论文的研究结果可以为实时超高清裸眼3D显示系统的构建提供更加完善的解决方案,为未来视觉诱导晕动症的检测提供依据,从而促进立体显示技术的应用。