洞穴式立体显示系统是使用投影系统，投射多个投影面，形成房间式的空间结构，使得围绕观察者具有多个图像画面显示的虚拟现实系统，增强了沉浸感，此系统首先是由伊利诺斯大学芝加哥校区的电子可视化实验室发明的，CAVE系统是一个立方体结构，例：4个CRT投影仪：前面1个，左右侧各1个，地面1个。每个投影仪都由来自一个4通道计算机的不同图形流信号驱动。三个竖直的面板使用背投，投影仪旋转在四周的地板上，通过镜面反射图像。地面显示器上显示的图像由安装在CAVE上面的投影仪产生，通过一个镜面反射下来。这个镜面用于创建用户后面的阴影，与其他的镜面叠加，以减少接缝处的不连续性；投影仪之间保持同步，以减少闪动。戴着立体眼镜的用户能够看到一个非常逼真的三维场景，包括那些看上去好像是从地面中长出来的对象。

 CAVE系统是一种基于多通道视景同步技术和立体显示技术的房间式投影可视协同环境，该系统可提供一个房间大小的4面、5面或者6面的立方体投影显示空间，供多人参与，所有参与者均完全沉浸在一个被立体投影画面包围的高级虚拟仿真环境中，借助音响技术（产生三维立体声音）和相应虚拟现实交互设备（如数据手套、力反馈装置和位置跟踪器等）获得一种身临其境的高分辨率三维立体视听影像和6自由度交互感受。由于投影面几乎能够覆盖用户的所有视野，因此CAVE系统能提供给使用者一种前所未有的带有震撼性的身临其境的沉浸感受。

1999年，浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室成功建成我国第一台4面CAVE系统。多个用户戴上主动式或被动式眼镜，他们视线所涉及的范围均为背投式显示屏上显示的计算机生成的立体图像，增强了身临其境的感觉。

CAVE系统的优点在于提供高质量的立体显示图像，即色彩丰富、无闪烁、大屏幕立体显示、多人参与和协同工作。所以它为人类带来了一种全新的创新思考方式，扩展了人类的思维。通过CAVE系统，人们可以直接看到自己的创意和研究对象。例如，生物学家能检查DNA规则排列的染色体链对结构并虚拟拆开基因染色体进行科学研究；理化学家能深入到物质的微细结构或广袤环境中进行试验探索；汽车设计者可以走进汽车内部随意观察。可以说，CAVE可以应用于任何具有沉浸感需求的虚拟仿真应用是一种全新的、高级的科学数据可视化手段。

CAVE系统的缺点是价格昂贵，体积大，并且参与的人数有限，如果人数达到12人，CAVE的显示设备就显得太小了。目前CAVE系统并没有标准化，兼容性较差，因而限制了其普及。