增強現實是指將虛擬物體疊加到顯示場景中，並支持使用者與其進行交互，它已經成為當今虛擬現實研究中的一個重要分支。本文首先概述了增強現實領域內的主要研究內容和進展情況，並對增強現實的實現系統進行了描述，然後重點介紹了增強現實中的關鍵技術及現在取得的一些成果，最後描述了增強現實的廣泛應用和廣闊的應用前景。
近年來，隨著計算機性能的提高和圖形學與視覺技術的發展，AR技術逐漸成為了國內外廣大學者們研究的熱點，其應用領域也越來越廣泛，包括醫療、軍事、工業、教育、娛樂、城市規劃、旅遊展覽和可視化信息檢索服務等。
增強現實系統的關鍵技術
增強現實技術的三大特徵是虛實結合、實時交互和三維尺度上的匹配，這主要通過顯示技術、交互技術、多種傳感技術和計算機圖形與多媒體技術等的結合來實現。
增強現實系統中，輸入圖像經過處理組織建立起實景空間，計算機生成虛擬對象依幾何一致性嵌入實景空間中，形成虛實融合的增強現實環境；這個環境再輸入到顯示系統中呈現給使用者；最後使用者通過交互設備與場景環境進行互動。其中，讓虛實結合的註冊步驟非常關鍵，和最後的顯示輸出端一起，決定了使用者對環境的最終感知效果。而虛擬對象的生成也直接影響著使用者的體驗效果。因此稱虛實結合的註冊技術、虛擬對象的生成技術和顯示技術為增強現實系統的三大關鍵技術。
跟蹤註冊技術
為了實現虛擬信息和真實場景的無縫疊加，這就要求虛擬信息與真實環境再三維空間位置中進行配準註冊。
跟蹤註冊技術首先檢測需要“增強”的物體特徵點以及輪廓，跟蹤物體特徵點並生成二維或三維座標信息。跟蹤註冊技術的好壞直接決定著增強現實系統的成功與否，常用的跟蹤註冊方法有四種：基於跟蹤器的註冊、基於機器視覺跟蹤註冊、基於無線網絡的和混合跟蹤註冊技術。
基於機器視覺的跟蹤註冊主要有基準點法，模板匹配法，仿射變換法和基於運動圖像序列的方法等。其中，基準點方法需事先對相機進行標定，並設置相應的標記或基準點，然後對獲取的圖像進行分析，以計算相機的位置和姿態。其原理是先從圖像中提取一些已知的對象特徵點，找到真實環境和圖像中對應點的相關性，然後由相關性計算出對象姿態，這個過程就是對從世界座標轉換到攝像機座標的模型視圖矩陣的求解過程。
顯示技術
一般的增強現實系統主要使用透視式頭盔顯示器。透視式頭盔顯示器主要由三個基本環節構成：虛擬信息顯示通道、真實環境顯示通道、圖像融合及顯示通道。其中，虛擬信息的顯示原理與虛擬現實系統所用的浸沒式頭盔顯示器基本相同；圖像融合與顯示通道是與用戶交互的最終接口，根據其中真實環境的表現方式，可分為基於CCD攝像原理的視頻透視式頭盔顯示器和基於光學原理的光學透視式頭盔顯示器兩類。
非頭盔式的顯示設備一般包括手持顯示器、CRT或平面LCD顯示器、投影成像系統、自由立體顯示器以及一些特殊場合專用的顯示設備。其中較特別的有頭戴式投影器、眼鏡式顯示器和視網膜投影顯示等。
虛擬物體生成技術
增強現實的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界並進行互動，所以在準確的跟蹤註冊技術的基礎上，要提高增強現實系統的效果，還需要保證所生成的虛擬物體真實感和實時性強。如谷歌眼鏡推出的增強現實眼鏡，在用戶觀測到一個物體後，鏡片就能迅速呈現該物體的相關信息，其中真實感和實時性是虛擬物體生成的兩個最主要的性能判斷標準。
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