本文深入研究了衍射光學元件在成像系統中的應用和設計方法，提出並驗證了旋轉掩膜刻蝕/鍍膜壹次成型新工藝。在相關單位的合作下，衍射光學元件已成功應用於紅外熱成像系統。相關成果被國內該領域主要研究單位采用，項目完成情況被國家自然科學基金委員會評為優秀。系統論述了自由曲面光學元件的設計、加工和檢測方法，並成功應用於大視場超輕頭盔顯示器的研制。
利用光學及相關技術提高虛擬現實系統的沈浸感和交互性，成功研制了頭盔顯示器樣機、新型三維顯示設備、位置和方位跟蹤器、光學數據手套等，部分研究成果已成功應用。近年來，我國在增強現實研究領域處於領先地位，突破了三維環境註冊定位算法、透視融合顯示、三維顯示圖形生成等增強現實關鍵技術，完成了國內首個實時增強現實測試系統，並積極探索其在軍事、文化、醫療等領域的應用。相關研究成果於2005年2月被金國藩院士主持的鑒定專家組評為“增強現實與虛擬現實人機交互技術關鍵技術研究成果處於國內外領先水平”。其中圓明園西部景區增強現實數字重建系統於2008年十壹假期投入商業試運營，並取得圓滿成功。相關成果被評為“具有良好的愛國主義教育效果，取得顯著的社會效益和經濟效益，在文物保護、科普教育、文化娛樂、旅遊開發等領域具有非常廣闊的應用前景。在定點雙目立體觀測系統、超輕大視場頭盔顯示、增強現實在文物古跡數字化重建中的實際應用等方面達到國際領先水平。”