头戴式显示器（HMD）通过结合视觉显示技术、运动追踪和光学系统来工作，将数字内容叠加到用户的视野中，或创建完全沉浸式的虚拟环境。它们通常由一个可穿戴设备组成，该设备在靠近眼睛的位置配有一个或两个小屏幕，将图像直接投射到用户的视线中。加速度计、陀螺仪或外部摄像头等传感器实时追踪头部运动，使显示内容根据用户的朝向和位置动态调整[4][8]。对于立体 3D 效果，使用双显示器或分屏技术向每只眼睛提供略有不同的图像，以模拟自然的深度感知[4]。
HMD 的核心硬件组件包括
- 显示面板：高分辨率微显示器（例如，OLED 或 LCD）用于渲染视觉效果。例如，像 Meta Quest 3 这样的 VR 头显使用双 LCD 面板，每只眼睛的总分辨率为 2064×2208。
- 追踪系统：惯性测量单元（IMU）检测旋转和位置变化，而外部红外传感器或摄像头可在房间尺度设置中实现精确的空间追踪。
- 光学系统：透镜聚焦和放大显示内容，以填充用户的视野。微软 HoloLens 等 AR 设备使用波导光学系统将全息影像叠加到现实世界中[8]。
- 处理单元：板载或连接的计算机处理渲染、传感器融合和延迟补偿，以保持运动与视觉效果的同步。
使用 HMD 的开发者面临着诸多挑战，例如最大限度地减少运动到光子的延迟（理想情况下低于 20 毫秒以防止晕动症），以及优化渲染管线以实现高帧率（90 赫兹或更高）。现代解决方案包括注视点渲染，它通过仅在用户中心视野区域渲染高细节来减少 GPU 负载。OpenXR 等开放标准提供了将 HMD 与应用程序集成的跨平台 API，而 Unity 的 XR Interaction Toolkit 等工具则简化了空间交互设计[8]。然而，显示分辨率和电池续航时间等硬件限制仍然是扩展用例的关键制约因素。