三维显示技术日益受到关注的今天,各种三维显示的实现方式得到迅速发展。其中光场三维显示技术原理在于还原真实空间内物体光场的分布,因其无需佩戴头戴设备、真实还原三维场景中的近大远小和遮挡关系、能够提供平滑的运动视差而受到广泛关注。本文即从光场的全光函数描述出发,简述在自由空间中的四维光场表达方式,从而得到光场显示的基本映射关系。根据此映射关系,重点推导了环绕式多投影光场显示的光场映射算法,为实际搭建环绕式多投影光场显示系统提供理论依据。本文在光场映射理论的基础上搭建了大尺寸360°环绕式多投影光场显示系统,详细阐述了投影机阵列和散射屏的特性和搭建方案,并针对三维显示的巨大信息量制定了计算机阵列和分屏器阵列等数据分割和同步传输方案。配合硬件系统,本文还详细描述了实时光场映射渲染和同步绘制的软件处理流程、进行大量数据分割处理与同步输出的方法以及软硬件配合进行画面校准的方案。所搭建的大尺寸360°环绕式多投影光场显示系统为后续的光场显示相关技术的实验和性能分析优化提供了平台。在光场理论指导下,光场显示的性能分析与优化是研究的主要方向。为此我们进行了光场显示系统的软件仿真工作,以提供更为便捷的系统性能调试和对比的方法。基于所搭建完成的光场显示系统平台,本文对使用相似硬件结构的多视角映射算法与光场映射算法进行了对比并在系统平台上进行了验证,确定了光场映射算法的优势所在。针对光场映射算法对实际系统参数的近似处理,本文指出因此带来的场景失真现象的成因,分析并提出了软件优化方案,减少了离开屏幕距离较远的场景的画面失真,提升了系统的画面质量,扩展了场景重构的深度。本文还进行了一些提升三维显示实际体验的探索研究,主要原理在于将重构的公共显示区域放置在设备外部,以便观众进行实际接触。对于小型的基于液晶屏和透镜阵列的系统,本文实现了真实物体与三维场景的融合,同时使观众可以与三维场景进行直接“触摸”；而对于大型的多投影式系统,观众可以直接进入内凹的屏幕圆弧内的公共显示区域,看到区域内所有围绕在观众周围的投影机,实现沉浸式的三维场景显示效果,增强了临场感。最后总结了本文的研究工作,指出其可改进之处,对未来三维显示技术的进一步研究工作提供了方向。