全息显示因其能够重建出三维场景的完整光场,并提供人眼感知所需要的全部深度线索,而被认为是未来三维显示领域中最有前景的发展方向。随着计算机技术和液晶显示技术的不断发展,我们可以摆脱传统全息中复杂的干涉记录过程,不必使用高相干度光源系统和记录干板,而在计算机中数值计算全息图来重建真实存在或后期合成的场景,只要该三维场景能够在数学上被描述出来。在计算中数值计算全息图,即生成计算机全息图的方法主要分为三种:点源法,基于平面的方法和立体全息法。点源法中,三维物体看作由许许多多的点源组成,然后数值模拟出每个点源产生的光场从三维场景传播到全息面的光学过程,并将所有的光场进行叠加。这种方法可以重建出连续的运动视差和三维场景准确的深度信息。我们知道,点源数量越多,越能够精确的描述出原三维场景的细节,但对于复杂的三维场景来说,计算量将会显著增大,计算效率降低。此外,点源法难以表现出三维场景中基于视点的一些属性,例如阴影和遮挡关系。后期针对这一问题提出了一些改进算法,例如阴影面消除法可以解决阴影面数据的消失问题,但会引入失真,逆正交投影法可以避免几何失真,但会限制重建场景的深度范围。基于平面的方法与点源法类似,所不同的是将三维物体看作由多层平面组成,将各个平面光场进行相应的旋转变换再传播到全息面进行叠加,即可得到全息面上的光场分布。同于点源法,复杂的三维物体会增加计算复杂度,使得实时计算成为问题。同时该方法也存在阴影和遮挡问题,近期有人提出利用光线追迹技术来提供物体的阴影、折射和反射效果,但该方法会产生巨大的计算负担。立体全息法是本文重点研究的方法。首先结合光场的理论,获取了记录光线强度和方向信息的光场子图像。本文利用3Dmax等图形渲染软件对三维场景、微透镜阵列和图像传感器进行成像建模,研究了两种投影几何关系,分别获得了透视投影子图和正交投影子图。其次根据立体全息图的重建原理,提出对每张投影子图做快速傅里叶变换来得到相应的复振幅全息图。由于空间光调制器的限制,不能够同时调制全息图的振幅和相位,因此本文提出了将复振幅信息编码为相位信息的两种可行方式,一种方法是在每张子图进行快速傅里叶变换之前施加一个随机相位,然后将得到的复振幅信息直接取相位部分得到纯相位全息元,第二种方法是对每张子图进行GS迭代,直接得到纯相位全息元。本文推导出了全息图的采样率公式,并分别给出了各种情况下的仿真实验结果和光学实验结果,同时将结果进行了对比。分析了全息图的运行时间,对实时性进行了讨论,最终完成了自然光场全息图的快速计算。在对全息图的参数进行分析后发现,计算复杂度依赖于投影子图的分辨率和视点个数,只要对这两者进行良好的设计和优化,就能解决计算速度的问题。同时阴影和遮挡问题也能在三维场景的渲染过程中得到自动解决。