增强现实:原理.算法与应用

本书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近期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。

鲍虎军，男，博士，浙江大学计算机科学与技术学院教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者特聘教授。主要从事计算机图形学和混合现实等方面的研究。所领导的团队曾获国家创新研究群体科学基金的资助，并作为首席科学家，先后承担了国家973计划项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”和“混合现实的理论和方法”的研究。在虚拟环境的几何表示和高效建模、虚拟环境的实时高保真绘制、虚实混合环境的实时三维注册和融合呈现等方面取得了重要突破，自主研发了混合现实基础支撑软件平台，实现了成功应用。

第1章 增强现实概论
1.1 增强现实的基本原理
1.2 增强现实的发展简史
1.3 增强现实的显示装置
1.4 增强现实的关键技术
1.4.1 三维注册与几何一致性
1.4.2 真实感绘制与光熙一致性
1.4.3 人机交互
1.5 增强现实应用
1.5.1 数字娱乐应用
1.5.2 文化教育应用
1.5.3 医学诊疗应用
1.5.4 工业生产应用
1.5.5 城市运维应用
1.5.6 电子商务应用
1.5.7 其他应用
1.6 小结
第2章 虚实视觉融合的相机模型
2.1 相机成像原理及其数学模型
2.1.1 相机成像原理
2.1.2 相机的数学模型
2.1.3 诱视投影矩阵
第3章 实景的三维结构恢复和重建
3.1 多视图几何原理
3.1.1 双视图几何
3.1.2 多视图几何
3.2 特征与匹配
3.2.1 特征提取
3.2.2 特征匹配的主流算法
3.2.3 连续特征跟踪和非连续特征匹配
3.2.4 特征点匹配的发展趋势
3.3 运动恢复结构
3.3.1 初始化
3.3.2 相机位姿估计
3.3.3 集束调整
3.3.4 自定标
3.3.5 代表性SfM方法
3.4 稠密深度估计
3.4.1 双视图立体匹配
3.4.2 多视图立体匹配
3.4.3 深度学习方法
3.4.4 数据集和测评网站
3.5 三维几何重建
3.5.1 基于深度图融合的三维重建
3.5.2 基于点云的三维重建
3.5.3 基于体素的三维重建
3.5.4 代表性的三维重建系统
3.6 表面纹理重建
3.6.1 纹理映射框架
3.6.2 纹理拼接
3.6.3 颜色融合
3.6.4 配准误差
3.7 小结
第4章 虚实环境的实时三维注册
4.1 同时定位与地图构建
4.1.1 视觉SLAM
4.1.2 视觉惯性SLAM
4.1.3 RGB-D SLAM
4.1.4 问题与发展趋势
4.2 平面标志物的检测、识别与跟踪
4.2.1 人工标志的识别与跟踪
4.2.2 自然标志的识别与跟踪
4.2.3 问题与讨论
4.3 三维实物的检测、识别与跟踪
4.3.1 概述
4.3.2 基于特征点的二维物体跟踪
4.3.3 基于边缘的三维物体跟踪
4.3.4 基于区域的三维模板跟踪
4.3.5 问题与讨论
4.4 小结
第5章 虚实环境的视觉融合
5.1 虚拟物体的绘制
5.1.1 绘制方程
5.1.2 BRDF函数
5.1.3 局部光照计算与绘制流水线
5.1.4 全局光照计算
5.2 现实环境的光照估计
5.2.1 高动态范围图像
5.2.2 室内光照估计
5.2.3 室外光照估计
5.3 虚实视觉融合
5.3.1 虚实景物间的阴影生成
5.3.2 屏幕空间环境光遮蔽技术
5.3.3 虚实景物间的间接光照计算
5.4 信息与现实环境的融合呈现
5.4.1 用户视觉感知机制
5.4.2 信息的可视化和可视分析
5.4.3 信息的时空注册和呈现
5.5 小结
第6章 空间增强现实技术
6.1 空间增强现实的原理和方法
6.1.1 光学穿透式空间呈现
6.1.2 光场式空间呈现
6.1.3 多投影空间呈现
6.2 投影画面的几何校正
6.2.1 几何校正的基本原理
6.2.2 图像的几何形变映射
6.2.3 交互式几何校正
6.2.4 自动几何校正
6.3 投影画面的颜色校正
6.3.1 投影光照度特征函数
6.3.2 颜色校正原理
6.3.3 非均质投影系统的颜色校正
6.4 多投影空间增强现实呈现系统
6.4.1 系统架构和实现
6.4.2 应用案例
6.5 小结
第7章 增强现实环境中的交互
7.1 增强现实系统的人机交互概述
7.1.1 增强现实系统的交互设计原则与评估方法
7.1.2 增强现实系统的主流交互技术
7.1.3 问题与发展趋势
7.2 触控交互
7.2.1 触控交互设备
7.2.2 触控交互技术
7.2.3 具触控交互的典型增强现实系统
7.3 手势交互
7.3.1 手势输入设备
7.3.2 手势识别技术
7.3.3 应用案例
7.4 语音交互
7.4.1 语音交互的基本原理
7.4.2 语音交互的典型应用
7.5 实物交互
7.5.1 实物交互模型
7.5.2 实物感知与驱动技术
7.5.3 实物交互界面
7.6 小结
第8章 移动增强现实系统的设计与应用案例
8.1 系统架构设计
8.1.1 输入模块
8.1.2 三维注册和重建模块
8.1.3 虚实融合模块
8.2 应用案例解析
8.2.1 教育类产品
8.2.2 AR游戏
8.2.3 AR旅游
8.2.4 工业应用
8.3 小结
参考文献