增强现实：原理与实践

随着用户逐渐远离电脑桌面，将真实世界融入计算体验变得越来越重要。增强现实是实现这一目标的*佳选择。作为一个新兴的、快速发展的领域，增强现实与多个领域相互交叉，总结其知识体系绝非易事。本书的两位作者是增强现实领域的活跃且成果丰富的研究者，他们基于多年的研究，面向初学者编写了这本既注重领域基础，又注重前沿发展；既展现原理，又有丰富实践的教材，读者通过本书可系统了解增强现实的基础理论、核心技术、系统架构和领域应用的相关知识。

随着真是世界中计算机生成的信息越来越多，增强现实可以更加方便、高效地增强人类的感知能力。这个快速发展的领域要求学习者掌握多学科知识，包括计算机视觉、计算机图形学、人机交互等。本书将这些知识有机融合，形成了一套适合初学者掌握的知识体系，从技术、方法、应用的角度全面了解增强现实这一激动人心的领域。

　　迪特尔·施马尔斯蒂格（Dieter Schmalstieg），奥地利格拉茨理工大学教授，计算机图形与视觉研究中心主任，奥地利国家科学院院士，欧洲科学院院士。主要研究方向为增强现实、虚拟现实、计算机图形学、可视化和人机交互，发表学术论文300余篇，引用次数超过18000次。2012年，因在增强现实领域的开创性贡献获得IEEE虚拟现实技术成就奖。
　　
　　托比亚斯·霍勒尔（Tobias Hollerer），美国加州大学圣巴巴拉分校计算机科学系教授，FourEyes实验室主任。研究兴趣包括增强现实、虚拟现实、人机交互、交互虚拟化、计算机图形学、普适计算与社会计算等。他曾获得美国NSF授予的CAREER奖，并于2013年获得ACM杰出科学家称号。他曾担任IEEEVR2015、ICAT2013等重要国际会议的程序委员会主席，并多次荣获论文奖。
　　
　　刘越，北京理工大学光电学院教授、博士生导师，光电信息技术与颜色工程研究所所长。北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心副主任，教育部光电信息技术与系统重点实验室副主任，国家工程光学虚拟仿真实验教学中心副主任。2000年获吉林大学通信与信息系统博士学位，先后在美国哈佛大学、加州大学伯克利分校、佐治亚理工学院以及澳大利亚国立大学等有关实验室访问研究，主要研究领域包括虚拟现实与增强现实、自然人机交互以及计算机视觉等，主持国家重点研发计划、国家自然科学重点国际（地区）合作研究项目等多项课题的研究工作，已发表论文100余篇，申请专利30余项，研究成果“交互式显示关键技术及应用”荣获2014年度教育部发明奖一等奖和2017年度国家发明奖二等奖各一项。

出版者的话
前言
致谢

第1章 增强现实介绍
1．1 定义和范围
1．2 增强现实简史
1．3 示例
1．3．1 工业和建筑业
1．3．2 维修和培训
1．3．3 医疗
1．3．4 个人信息显示
1．3．5 导航
1．3．6 电视
1．3．7 广告和商务
1．3．8 游戏
1．4．相关领域
1．4．1 混合现实连续体
1．4．2 虚拟现实
1．4．3 普适计算
1．5 小结

第2章 显示
2．1 多模态呈现
2．1．1 听觉呈现
2．1．2 触力觉呈现
2．1．3 嗅觉和味觉呈现
2．2 视觉感知
2．3 需求与特点
2．3．1 增强方法
2．3．2 单视和体视
2．3．3 调焦
2．3．4 遮挡
2．3．5 分辨率和刷新率
2．3．6 视场
2．3．7 视点偏移
2．3．8 亮度和对比度
2．3．9 扭曲和畸变
2．3．10 延迟
2．3．11 人因工程学
2．3．12 社会接受度
2．4 空间显示模型
2．5 视觉显示
2．5．1 近眼显示器
2．5．2 手持式显示器
2．5．3 固定式显示器
2．5．4 投影式显示器
2．6 小结
……

第3章 跟踪
第4章 增强现实中的计算机视觉
第5章 标定与注册
第6章 视觉一致性
第7章 情境可视化
第8章 交互
第9章 建模与注释
第10章 开发
第11章 漫游
第12章 协作
第13章 软件架构
第14章 未来
参考文献

　　在过去的20年里，信息技术的应用从固定的办公室和桌面计算转移到网络、社交媒体和移动计算。近年来，即使将笔记本电脑归入桌面式电脑的类别，智能手机和平板电脑的销量也远超传统桌面式电脑。
　　虽然目前主流用户界面还没有完全从20世纪90年代的桌面计算（或者说是1981 Xerox Star）中脱离出来，但是当今年轻一代获取计算机知识的方式已经改变：各种应用和云计算在许多情况下取代了电脑桌面。计算已经从一项在办公室或书房中开展的工作转变为随时随地进行的活动。初识增强现实
　　随着用户逐渐远离电脑桌面，将真实世界融入我们的计算体验变得越来越重要。考虑到真实世界既不是平面的，也不是由书写文档组成的，因此必须有一个新的用户界面隐喻。增强现实（Augmented Reality，AR）有潜力成为用于情境计算的主流用户界面隐喻。增强现实具有能将真实世界和与之相关的虚拟信息直接关联的独特性质。整个世界变成了用户界面，这引出了那句熟悉的宣言：
　　回到真实世界！
　　虚拟现实（Virtual Reality，VR）的愿景是将我们自身沉浸于人造世界，这推动了游戏设备的发展，带来了令人惊艳的画面效果，随之而来的是各类头戴式显示器和手势跟踪器的出现。但即便如此，像虚拟现实这样通过定义来独占大众注意力的用户界面隐喻，也不一定是日常计算的最佳选择。
　　相反，我们越来越依赖可以随意使用并能提供容易理解的少量信息的计算界面。我们需要普适计算。这可以通过“宁静”的计算过程实现，这一过程会在后台进行，不需要用户干涉，甚至根本不会引起用户的注意。在需要普适交互时，增强现实脱颖而出，成为合适的用户界面技术。为何写作本书
　　多个相互交叉的研究领域聚焦于增强现实的发展，相关的知识体系也在快速完善。自20世纪90年代以来，我们一直以研究者的身份致力于该知识体系的相关工作。本书的主要动力来自我们所任教的格拉茨理工大学和加州大学圣巴巴拉分校关于增强现实的课堂教学。在备课过程中，我们明显感到目前没有一本教材能够覆盖这个快速发展领域的广度和深度。从2001年的SIGGRAPH会议开始，各种学术会议及研讨会的部分演讲稿都为备课提供了参考，我们也参与组织了其中的一些会议。许多基础理论从那时起逐渐构建起来，我们着眼于系统地汇集相关知识，同时注重新兴概念与实践信息。因此，这本书诞生了。