增强现实：原理、算法与应用

《增强现实：原理、算法与应用》是关于增强现实核心技术原理、算法和应用的一本专著。全书共8章，包括增强现实概论、虚实视觉融合的相机模型、实景的三维结构恢复和重建、虚实环境的实时三维注册、虚实环境的视觉融合、空间增强现实技术、增强现实环境中的交互、移动增强现实系统的设计与应用案例。本书不仅全面介绍增强现实的基本概念和领域知识，更专注于增强现实的较新研究进展和算法阐释，力求涵盖各相关领域的前沿进展。

本书既可作为高等院校计算机类专业的本科生或研究生的参考书，也适合广大从事增强现实技术的研发人员与工程技术人员阅读。

目录
前言
第1章 增强现实概论/1
1.1 增强现实的基本原理/2
1.2 增强现实的发展简史/4
1.3 增强现实的显示装置/6
1.4 增强现实的关键技术/9
1.4.1 三维注册与几何一致性/10
1.4.2 真实感绘制与光照一致性/12
1.4.3 人机交互/14
1.5 增强现实应用/16
1.5.1 数字娱乐应用/16
1.5.2 文化教育应用/16
1.5.3 医学诊疗应用/17
1.5.4 工业生产应用/18
1.5.5 城市运维应用/20
1.5.6 电子商务应用/21
1.5.7 其他应用/22
1.6 小结/22
第2章 虚实视觉融合的相机模型/23
2.1 相机成像原理及其数学模型/23
2.1.1 相机成像原理/23
2.1.2 相机的数学模型/24
2.1.3 透视投影矩阵/28
2.2 镜头的非线性畸变/30
2.3 其他相机模型/32
2.4 小结/33
第3章 实景的三维结构恢复和重建/34
3.1 多视图几何原理/35
3.1.1 双视图几何/35
3.1.2 多视图几何/43
3.2 特征与匹配/45
3.2.1 特征提取/46
3.2.2 特征匹配的主流算法/50
3.2.3 连续特征跟踪和非连续特征匹配/53
3.2.4 特征点匹配的发展趋势/57
3.3 运动恢复结构/57
3.3.1 初始化/58
3.3.2 相机位姿估计/61
3.3.3 集束调整/62
3.3.4 自定标/73
3.3.5 代表性SfM方法/80
3.4 稠密深度估计/83
3.4.1 双视图立体匹配/84
3.4.2 多视图立体匹配/86
3.4.3 深度学习方法/89
3.4.4 数据集和测评网站/90
3.5 三维几何重建/91
3.5.1 基于深度图融合的三维重建/91
3.5.2 基于点云的三维重建/93
3.5.3 基于体素的三维重建/94
3.5.4 代表性的三维重建系统/95
3.6 表面纹理重建/96
3.6.1 纹理映射框架/98
3.6.2 纹理拼接/98
3.6.3 颜色融合/99
3.6.4 配准误差/101
3.7 小结/101
第4章 虚实环境的实时三维注册/103
4.1 同时定位与地图构建/103
4.1.1 视觉SLAM/105
4.1.2 视觉惯性SLAM/119
4.1.3 RGB-D SLAM/129
4.1.4 问题与发展趋势/134
4.2 平面标志物的检测、识别与跟踪/138
4.2.1 人工标志的识别与跟踪/139
4.2.2 自然标志的识别与跟踪/143
4.2.3 问题与讨论/145
4.3 三维实物的检测、识别与跟踪/146
4.3.1 概述/146
4.3.2 基于特征点的三维物体跟踪/149
4.3.3 基于边缘的三维物体跟踪/150
4.3.4 基于区域的三维模板跟踪/156
4.3.5 问题与讨论/161
4.4 小结/162
第5章 虚实环境的视觉融合/163
5.1 虚拟物体的绘制/163
5.1.1 绘制方程/164
5.1.2 BRDF函数/165
5.1.3 局部光照计算与绘制流水线/171
5.1.4 全局光照计算/174
5.2 现实环境的光照估计/177
5.2.1 高动态范围图像/178
5.2.2 室内光照估计/179
5.2.3 室外光照估计/184
5.3 虚实视觉融合/188
5.3.1 虚实景物间的阴影生成/188
5.3.2 屏幕空间环境光遮蔽技术/192
5.3.3 虚实景物间的间接光照计算/196
5.4 信息与现实环境的融合呈现/206
5.4.1 用户视觉感知机制/207
5.4.2 信息的可视化和可视分析/209
5.4.3 信息的时空注册和呈现/211
5.5 小结/218
第6章 空间增强现实技术/220
6.1 空间增强现实的原理和方法/220
6.1.1 光学穿透式空间呈现/221
6.1.2 光场式空间呈现/222
6.1.3 多投影空间呈现/224
6.2 投影画面的几何校正/226
6.2.1 几何校正的基本原理/226
6.2.2 图像的几何形变映射/228
6.2.3 交互式几何校正/229
6.2.4 自动几何校正/230
6.3 投影画面的颜色校正/234
6.3.1 投影光照度特征函数/235
6.3.2 颜色校正原理/237
6.3.3 非均质投影系统的颜色校正/238
6.4 多投影空间增强现实呈现系统/240
6.4.1 系统架构和实现/241
6.4.2 应用案例/243
6.5 小结/245
第7章 增强现实环境中的交互/246
7.1 增强现实系统的人机交互概述/246
7.1.1 增强现实系统的交互设计原则与评估方法/247
7.1.2 增强现实系统的主流交互技术/250
7.1.3 问题与发展趋势/254
7.2 触控交互/256
7.2.1 触控交互设备/256
7.2.2 触控交互技术/257
7.2.3 具触控交互的典型增强现实系统/261
7.3 手势交互/261
7.3.1 手势输入设备/262
7.3.2 手势识别技术/264
7.3.3 应用案例/273
7.4 语音交互/274
7.4.1 语音交互的基本原理/274
7.4.2 语音交互的典型应用/277
7.5 实物交互/279
7.5.1 实物交互模型/279
7.5.2 实物感知与驱动技术/283
7.5.3 实物交互界面/286
7.6 小结/288
第8章 移动增强现实系统的设计与应用案例/289
8.1 系统架构设计/289
8.1.1 输入模块/290
8.1.2 三维注册和重建模块/291
8.1.3 虚实融合模块/295
8.2 应用案例解析/298
8.2.1 教育类产品/298
8.2.2 AR游戏/300
8.2.3 AR旅游/302
8.2.4 工业应用/304
8.3 小结/306
参考文献/307