增強現實：原理、算法與應用（簡體書）

本書全面系統地介紹了增強現實的原理、基礎知識和前沿軟件算法，並結合常見的應用場景和實例，帶領讀者進入生動有趣的增強現實領域。本書共10章，大致分為4個部分：第1部分（第1～2章）介紹增強現實的基本原理、發展簡史、關鍵技術、顯示裝置、典型應用、相機模型等；第2部分（第3～6章）詳細介紹增強現實的關鍵基礎技術"三維註冊"（包括運動恢復結構、SLAM、深度恢復、三維重建、物體識別與跟蹤等）；第3部分（第7～9）詳細介紹增強現實用到的真實感繪製、多投影呈現和手勢交互等關鍵技術；第4部分（第10章）介紹增強現實的系統框架設計與應用案例，並提供一些有趣和實用的代碼示例，幫助讀者快速上手實踐。

目錄
前言
第1章 增強現實概論/1
1.1 增強現實的基本原理/2
1.2 增強現實的發展簡史/4
1.3 增強現實的顯示裝置/6
1.4 增強現實的關鍵技術/9
1.4.1 三維註冊與幾何一致性/10
1.4.2 真實感繪製與光照一致性/12
1.4.3 人機交互/14
1.5 增強現實應用/16
1.5.1 數字娛樂應用/16
1.5.2 文化教育應用/16
1.5.3 醫學診療應用/17
1.5.4 工業生產應用/18
1.5.5 城市運維應用/20
1.5.6 電子商務應用/21
1.5.7 其他應用/22
1.6 小結/22
第2章 虛實視覺融合的相機模型/23
2.1 相機成像原理及其數學模型/23
2.1.1 相機成像原理/23
2.1.2 相機的數學模型/24
2.1.3 透視投影矩陣/28
2.2 鏡頭的非線性畸變/30
2.3 其他相機模型/32
2.4 小結/33
第3章 實景的三維結構恢復和重建/34
3.1 多視圖幾何原理/35
3.1.1 雙視圖幾何/35
3.1.2 多視圖幾何/43
3.2 特徵與匹配/45
3.2.1 特徵提取/46
3.2.2 特徵匹配的主流算法/50
3.2.3 連續特徵跟蹤和非連續特徵匹配/53
3.2.4 特徵點匹配的發展趨勢/57
3.3 運動恢復結構/57
3.3.1 初始化/58
3.3.2 相機位姿估計/61
3.3.3 集束調整/62
3.3.4 自定標/73
3.3.5 代表性SfM方法/80
3.4 稠密深度估計/83
3.4.1 雙視圖立體匹配/84
3.4.2 多視圖立體匹配/86
3.4.3 深度學習方法/89
3.4.4 數據集和測評網站/90
3.5 三維幾何重建/91
3.5.1 基於深度圖融合的三維重建/91
3.5.2 基於點雲的三維重建/93
3.5.3 基於體素的三維重建/94
3.5.4 代表性的三維重建系統/95
3.6 表面紋理重建/96
3.6.1 紋理映射框架/98
3.6.2 紋理拼接/98
3.6.3 顏色融合/99
3.6.4 配准誤差/101
3.7 小結/101
第4章 虛實環境的實時三維註冊/103
4.1 同時定位與地圖構建/103
4.1.1 視覺SLAM/105
4.1.2 視覺慣性SLAM/119
4.1.3 RGB-D SLAM/129
4.1.4 問題與發展趨勢/134
4.2 平面標誌物的檢測、識別與跟蹤/138
4.2.1 人工標誌的識別與跟蹤/139
4.2.2 自然標誌的識別與跟蹤/143
4.2.3 問題與討論/145
4.3 三維實物的檢測、識別與跟蹤/146
4.3.1 概述/146
4.3.2 基於特徵點的三維物體跟蹤/149
4.3.3 基於邊緣的三維物體跟蹤/150
4.3.4 基於區域的三維模板跟蹤/156
4.3.5 問題與討論/161
4.4 小結/162
第5章 虛實環境的視覺融合/163
5.1 虛擬物體的繪製/163
5.1.1 繪製方程/164
5.1.2 BRDF函數/165
5.1.3 局部光照計算與繪製流水線/171
5.1.4 全域光照計算/174
5.2 現實環境的光照估計/177
5.2.1 高動態範圍圖像/178
5.2.2 室內光照估計/179
5.2.3 室外光照估計/184
5.3 虛實視覺融合/188
5.3.1 虛實景物間的陰影生成/188
5.3.2 屏幕空間環境光遮蔽技術/192
5.3.3 虛實景物間的間接光照計算/196
5.4 信息與現實環境的融合呈現/206
5.4.1 用戶視覺感知機制/207
5.4.2 信息的可視化和可視分析/209
5.4.3 信息的時空註冊和呈現/211
5.5 小結/218
第6章 空間增強現實技術/220
6.1 空間增強現實的原理和方法/220
6.1.1 光學穿透式空間呈現/221
6.1.2 光場式空間呈現/222
6.1.3 多投影空間呈現/224
6.2 投影畫面的幾何校正/226
6.2.1 幾何校正的基本原理/226
6.2.2 圖像的幾何形變映射/228
6.2.3 交互式幾何校正/229
6.2.4 自動幾何校正/230
6.3 投影畫面的顏色校正/234
6.3.1 投影光照度特徵函數/235
6.3.2 顏色校正原理/237
6.3.3 非均質投影系統的顏色校正/238
6.4 多投影空間增強現實呈現系統/240
6.4.1 系統架構和實現/241
6.4.2 應用案例/243
6.5 小結/245
第7章 增強現實環境中的交互/246
7.1 增強現實系統的人機交互概述/246
7.1.1 增強現實系統的交互設計原則與評估方法/247
7.1.2 增強現實系統的主流交互技術/250
7.1.3 問題與發展趨勢/254
7.2 觸控交互/256
7.2.1 觸控交互設備/256
7.2.2 觸控交互技術/257
7.2.3 具觸控交互的典型增強現實系統/261
7.3 手勢交互/261
7.3.1 手勢輸入設備/262
7.3.2 手勢識別技術/264
7.3.3 應用案例/273
7.4 語音交互/274
7.4.1 語音交互的基本原理/274
7.4.2 語音交互的典型應用/277
7.5 實物交互/279
7.5.1 實物交互模型/279
7.5.2 實物感知與驅動技術/283
7.5.3 實物交互界面/286
7.6 小結/288
第8章 移動增強現實系統的設計與應用案例/289
8.1 系統架構設計/289
8.1.1 輸入模塊/290
8.1.2 三維註冊和重建模塊/291
8.1.3 虛實融合模塊/295
8.2 應用案例解析/298
8.2.1 教育類產品/298
8.2.2 AR遊戲/300
8.2.3 AR旅遊/302
8.2.4 工業應用/304
8.3 小結/306
參考文獻/307