概述
頭盔顯示器是虛擬現實應用中的3DVR圖形顯示與觀察設備，可單獨與主機相連以接受來自主機的3DVR圖形信號。使用方式為頭戴式，輔以三個自由度的空間跟蹤定位器可進行VR輸出效果觀察，同時觀察者可做空間上的自由移動，如；自由行走、旋轉等，沉浸感極強，在VR效果的觀察設備中，頭盔顯示器的沉浸感優于顯示器的虛擬現實觀察效果，遜于虛擬三維投影顯示和觀察效果，在投影式虛擬現實系統中，頭盔顯示器作為系統功能和設備的一種補充和輔助。
簡介
頭盔顯示器（HMD，Head Mounted Display）的原理是將小型2維顯示器所產生的影像藉由光學系統放大。具體而言，小型顯示器所發射的光線經過凸狀透鏡使影像因折射產生類似遠方效果。利用此效果將近處物體放大至遠處觀賞而達到所謂的全像視覺（Hologram）。液晶顯示器（早期用小型陰極射線管，最近已有應用有機電致發光顯示器件）的影像通過一個偏心自由曲面透鏡，使影像變成類似大銀幕畫面。由于偏心自由曲面透鏡為一傾斜狀凹面透鏡，因此在光學上它已不單是透鏡功能，基本上已成為自由面棱鏡。當產生的影像進入偏心自由曲面棱鏡面，再全反射至觀視者眼睛對向側凹面鏡面。側凹面鏡面涂有一層鏡面涂層，反射同時光線再次被放大反射至偏心自由曲面棱鏡面 ，并在該面補正光線傾斜，達到觀視者眼睛。
設計
頭盔顯示器的光學技術設計和制造技術日趨完善，不僅作為個人應用顯示器，它還是緊湊型大屏幕投影系統設計的基礎，可將小型LCD顯示器件的影像透過光學系統做成全像大屏幕。除了在現代先進軍事電子技術中得到普遍應用成為單兵作戰系統的必備裝備外，還拓展到民用電子技術中，虛擬現實電子技術系統首先應用了頭盔顯示器。近期新一代家用仿真電子游戲機和步行者DVD影視系統的出現就是頭盔顯示器的普及推廣應用的實例。
技術進展
早在1968年，美國ARPA信息處理技術辦公室主任Ivan Sutherland建立了“達摩克里斯之劍”頭盔顯示器，它被認為是世界上第一個頭盔顯示器它能顯現二維圖像，沒有浸沉感，用戶只能看到的線框圖疊加在真實環境之上。采用傳統的軸對稱光學系統，體積和重量都較大。1975年J.H.Clark利用Ivan Sutherland設計的頭盔顯示設備和Utah大學開發的機械Wand建立了一個曲面設計的交互環境。由于當時的相關技術還不成熟，并沒有產生廣泛的影響，但這已是3D交互技術的雛形。是進入虛擬技術(virtual reality，簡稱VR)應用的前奏。
1982年
Thomas Furness III 展示了帶有6個自由度跟蹤定位的頭盔顯示器（HMD），從而使用戶完全脫離的周圍環境。1984年，Michael McGreevy在NASA Ames創建了并不昂貴的三維立體HMD。1985年，Scott Fisher 在NASA繼續三維立體HMD工程的發展，創建了由操作者位置、聲音和手勢控制，帶有廣角立體顯示的頭盔式顯示系統。與之同時，VPL研究小組研制出了數據手套，能夠用來測量每個手指關節的彎曲程度。1986年末，NASA的一個研究小組集成了一個VR 的3D環境，用戶可以用手抓住某個虛擬物體并操縱它，可以用手勢和系統進行初步交流。
1994年
加拿大Albert大學的M.Green教授重新在該方向上開展了研究，得到了各方面的高度重視。現在University of Wisconsion-Madison，Washington State University，Brigham Young University, SUNY at Buffalo, University of Clemenson均開始該方向的研究。
University of Wisconsion-Madison的初期研究表明，在VR環境下利用3D交互技術進行設計工作會提高設計效率10-30倍。VR的應用還使得高難度駕駛技術的培訓效率大幅提高，成為必備手段。
軍用頭盔顯示器
1968年，世界上第一個頭盔顯示器，即如上所述的美國ARPA信息處理技術辦公室主任Ivan Sutherland開發的“達摩克里斯之劍”頭盔顯示器，就是軍用頭盔顯示器。新世紀，未來“理想單兵作戰武器平臺系統”的發展格外引人注目。新理念、新原理、新結構、新功能、新工藝等交相輝映；夜視技術、激光技術、計算機技術、光學技術、新材料技術等廣泛運用，使得傳統士兵作戰單元概念產生了質的飛躍，作為終端顯示輸出的頭盔顯示器的地位顯得越發重要，它是不可缺少的重要部件之一。原先主要為戰機和戰車駕駛員配備，而未來，一個士兵就相當于一個作戰平臺，而一個單兵武器作戰平臺就是一個“士兵作戰系統”。
而今，世界一些發達國家都在緊鑼密鼓地制定和組織實施“士兵作戰系統”發展計劃。于是，適應各自國情的單兵作戰武器系統平臺異軍突起。現在的頭盔系統已成為士兵的“外腦”。頭盔殼作為一個系統平臺，用以安裝通信裝置、聽力增強裝置、整體式夜視/夜間機動性傳感器、高分辨率顯示器等裝備。士兵通過顯示器可對戰場進行掃描，在各種復雜條件下都能捕捉到目標圖像，并允許士兵從頭頂、掩體后方和建筑物周圍進行"拐彎"射擊，不需暴露自己便可準確攻擊目標。目前，美、英、法等國家的綜合頭盔都有了很大突破，從而使單兵武器作戰平臺發揮出更大的威力。
民用頭盔顯示器
頭盔顯示器在虛擬技術應用系統中的地位十分重要，統計表明，普通人從外部世界獲取信息的80%來自視覺，如何實時地生成大規模復雜虛擬環境的立體畫面仍然是當前虛擬現實(virtual reality，簡稱VR)研究中亟待解決的問題。虛擬現實的三項指標：實時性(real time)、沉浸性(immersion)和交互性(interactivity)。所謂實時性是指虛擬現實系統能按用戶當前的視點位置和視線方向，實時地改變呈現在用戶眼前的虛擬環境畫面，并在用戶耳邊和手上實時產生符合當前情景的聽視和觸覺/力覺響應。所謂沉浸性是指用戶所感知的虛擬環境是三維的、立體的，其感知的信息是多通道的。所謂交互性是指用戶可采取現實生活中習以為常的方式來操縱擬場景中的物體，并改變其方位、屬性或當前的運動狀態。
現有的虛擬現實系統按硬件組成可分成三類：頭盔式顯示器是最早的VR顯示器，它利用頭盔將人的對外界的視覺、聽覺封閉起來，引導用戶產生一種身在虛擬環境中的感覺。目前的頭盔式顯示器的分辨率已達到1024×768，可為用戶提供清晰的虛擬場景畫面。按應用場合主要分為投資類和消費娛樂類兩種。前者主要有汽車和飛機虛擬現實CAD設計系統，世界著名大廠商已經廣泛采用，我國也在開發此系統。但用量有限，大量應用主要還是消費類娛樂視聽產品。
在2006年的CES展會上，eMagin發布了世界上第一款支持3D功能的頭戴顯示器“eMagin Z800 3D Visor”，這款產品通過左右眼分別顯示的方式“制造”出立體的畫面，由于左右畫面分開不會相互影響，也不需要畫面遮擋，所以可以營建出近乎完美的3D立體視覺效果。這款產品的售價為899美元，成熟度很高，如果要說缺憾，那便是只支持800×600的分辨率。
2008年，eMagin公司將小尺寸OLED面板的分辨率推高到SXGA級別（1280×1024），并于2008年10月22～23日在英國倫敦舉行的“Night Vision 2008”上進行了展示。這款產品的物理尺寸為0.44英寸，亮度100c d/m2，各項指標都比較優秀。若采用這種面板，頭戴式顯示器便可以支持1280×1024分辨率。在當時，這是比較理想的指標。盡管產品林林總總，但并沒有哪一款產品真正進入到大眾的視野，除了自身的原因外，應用需求不足、產品缺乏配套支持也是一大主因。比如最早帶來3 D顯示功能的eMagin公司并非游戲廠商，這讓它在產品推廣時倍感困難，很難為用戶所接受。
2011年底，在頭戴式顯示領域熄火良久的索尼卷土重來，這一次它帶來的HMZ-T1堪稱重量級產品：1280×720分辨率、3D顯示功能，以及索尼PS3、索尼影業等諸多輔助支持，將共同打造一場頭戴式顯示器的應用革命。HMZ-T1的外觀非常前衛，它的核心組件是眼鏡式的顯示系統，盡管這個顯示系統看起來只是在方寸之間，左右眼的顯示屏都是一塊眼鏡鏡片的尺度，但當你戴上它時，它可以提供長達20米的視覺成像距離，而成像的畫面尺寸高達750英寸，提供1280×720的分辨率。最讓人幸福的還是它可以提供極其逼真且無閃爍的3D顯示畫面，視覺效果令人震撼，這款產品也因此被比喻為專屬個人的3D IMAX影院。除了3D電影播放以外，HMZ-T1也是一款適合游戲的3D顯示器，配合索尼PS3游戲機，玩家可以在角落里安然體驗真實3D環繞的極致體驗。
2012年1月底，美國Silicon Micro Display（SMD）公司發布了一款真正的1080p全高清3D頭戴式顯示器-ST1080。ST1080的顯示屏并不是采用OLED，而是采用兩塊0.74英寸的LCOS硅基液晶來成像——這種技術在投影儀中廣泛采用，它可以在很小的尺寸內做到超高分辨率。單從硬件上比，ST1080看來是完勝索尼的HMZ-T1，它同樣是由佩戴眼鏡和控制器構成，但頭戴眼鏡的重量只有驚人的180克，尺寸精悍、造型簡約，相比之下，索尼HMZ-T1的重量達到420克，必須采取舒適的姿勢才能夠長時間佩戴。ST1080的控制器也十分緊湊，它的重量只有106克，采用U S B接口供電，外掛的電池包可以提供5小時的連續使用時間，這就意味著ST1080可以在移動環境下使用。ST1080的規格指標相當強勁，它的分辨率達到全高清的1920×1080標準，可以給用戶提供3米距離觀看100英寸圖像的視覺效果；另外它的亮度指標達到120cd/m2，對比度達到1200：1，色彩十分艷麗。到目前為止，ST1080尚未出現在市場上，SMD公司只是在官網上預先發售，倘若產品與官方宣傳的“效果完美”一樣，那么799美元的價格的確富有吸引力。
主要代表品牌
Fakespace、Sensics、Rockwell、Daeyang、Cybermind、5DT、NVIS等等。
