虚拟现实期末作业.docx
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虚拟现实期末作业
研究生课程考试成绩单
（试卷封面）
院系
专业
学生姓名
学号
课程名称
虚拟现实技术
授课时间
年月至年月
周学时
学分
简
要
评
语
考核论题
增强现实技术的研究
总评成绩
（含平时成绩）
备注
任课教师签名：
日期：
注：
1.以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表，综合考试可不填。
“简要评语”栏缺填无效。
2.任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。
3.学位课总评成绩以百分制计分。
增强现实技术的研究
1.课题研究的目的及其意义
增强现实（AugmentedReality，以下简称为AR）技术是多媒体技术在三维领域实现的重要新手段，是一种利用计算机系统产生的三维信息来增加用户对现实世界感知的技术。
与传统虚拟现实技术所要达到的完全沉浸的效果不同，AR技术致力于将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，创造一个虚实结合的世界，从而实现对现实世界的“增强”。
AR技术涉及到计算机科学的多个领域，其中包括多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合、实时跟踪与三维注册、场景融合等多项新技术与新手段；它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术。
该领域的权威学者Azuma曾在1997年对增强现实系统及其所涉及的技术给出了一个较为详尽的综述，他提出增强现实系统有三个突出特点：
①真实世界和虚拟世界的信息集成；②具有实时交互性；③三维尺度空间中定位增添虚拟物体的三维注册技术。
1.1.课题研究的目的
AR技术最终实现的目标是：
借助光电显示技术、交互技术、计算机图形技术和可视化技术等产生现实环境中不存在的虚拟对象，并通过注册技术将虚拟对象准确地“放置”在真实环境中，使用户处于一种融合的环境中，不能区分真实和虚拟，用户所感知到的只是一个真实和虚拟相融合的唯一存在的世界。
不论是AR系统，还是传统的VR系统，都要求系统具有3I特性，即沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）。
本文主要研究的是如何提高AR系统的交互性能的问题，如果系统的交互性提高了，则可以提高用户的沉浸感与想象能力。
AR系统的交互性研究涉及到高精度的AR跟踪与注册技术研究、相关交互方式的研究、交互的动作、行为及碰撞检测与响应研究等多个方面。
经笔者分析，影响AR虚拟对象与现实物体实时自然交互性能的关键问题主要涉及到精确注册问题、新的交互技术手段、识别与跟踪问题、虚实碰撞与遮挡问题与模拟变形反馈等许多关键问题，目前这些方面尚末引起研究者的足够重视或末得到有效的解决。
本论文的主要工作是以实现AR系统中虚以与现实交互的自然融合为目的，分别从在复杂环境下AR系统的注册技术，各种最新的自然虚实交互理论、方法与技术、虚实环境碰撞检测技术与相关碰撞响应模拟等几个关键方面进行深入研究与探讨，力求解决目前AR系统中与虚实物体的自然物体与场景实时交互中的一些主要问题。
1.2.课题研究的意义
AR技术首先出现在工业应用领域，波音公司的TomCaudell和他的同事于20世纪90年代初期在其设计的一个辅助布线系统中，首次提出了“增强现实”这个名词。
因而从上世纪90年代起，AR技术受到越来越多的关注，该领域涌现了一系列重要的每年一届的关于增强现实的国际研讨会和工作会议，例如：
增强现实国际工作会议（IWAR）、增强现实国际研讨会（ISAR）、混合与增强现实国际会议（ISMAR）、人造现实与远程存在国际会议（ICAT）等等。
在SIGGRAPH会议中，“RediscoveringOurFire”报告指出：
增强现实应该受到越来越多的重视，该领域对广大学者来说具有很大的挑战性和诱惑力，并且它在未来数年中都将保持勃勃生机。
此外，在原来一些研究多媒体技术与虚拟现实技术的重要杂志与国际会议也纷纷增加了AR技术的相关领域内容或出版了相关内容的专刊与特刊。
1997年，Azuma在他的经典文章《ASurveyofAugmentedReality》对AR的几个关键问题进行了描述。
对AR系统的目标，定义与应用进行了说明，并分析比较了光学透视式与视频式头盔显示器，并分析了注册问题及静态与动态错误的产生，展望了计算机视觉技术的应用。
2001年，RonaldAzuma，又联合YohanBaillot，ReinholdBehringer等人发表了《RecentAdvancesinAugmentedReality》一文，总结了至2001年来AR技术的发展，并展望了新技术的应用。
提出了混合现实的模式，并提出了可穿戴式的头盔显示器、手持式显示与基于投影的显示，并提出了室外应用对于校正、接口与人机交互方面的挑战。
这些直接影响了近几年来AR相关的研究与开发工作。
至2002年，室外应用等AR应用被逐渐实现，如WaynePiekarskiandBruceThomas实现了一个基于室外环境的AR游戏应用。
2003年，IvanPoupyrev，DesneyS.Tan和MarkBillinghurst开发一个通用的AR接口，提出并分析了AR交互中的一些基本问题，包括卷入操作的实现，混合物理与虚拟的工具问题，多用户等问题。
差不多在同时，AndrewI.Comport，éricMarchand，Fran?
oisChaumetter提出了一种实时的无标记识别的AR系统，提出并实现了基于特征跟踪的AR系统的主要问题是3D特征跟踪的问题。
2004年以来，基于室外环境、普适计算与可移动计算的AR系统已不断出现。
在国内，北京理工大学的王涌天教授等研究人员对增强现实的头盔显示器进行了持续的研究，并针对三维注册方法等问题进行了系列研究；浙江大学等多所高校的相关研究人员研究了AR场景的光源实时检测和真实感绘制框架；早在2004年，作者所在的上海大学多媒体中心就完成了基于PC平台的AR系统的关键技术研究，其AR技术开发水平基本与国际先进水平保持一致。
此外，国内相关研究单位在地理信息系统开发、城市规划等领域也有相关的应用研究。
具体而言，上海大学多媒体中心自从2002年以来，已完成了多个具体的AR项目研究，如虚拟装修系统和上海大学校园漫游系统就是两个典型的应用实例，其中虚拟装修系统利用魔幻屋系统将真实场景和虚拟物体这样两种表现手段结合起来，以一定主题展现给用户，造成身临其境的幻觉效果，可用于建筑设计、室内装修等领域。
而上海大学校园漫游系统则可应用于科技馆、展览馆等场所以及电子游戏等行业。
此外，在2006年，北京理工大学的胡晓明等，设计了基于双轴加速度传感器的地磁姿态测量系统和三轴加速度传感器与三轴陀螺的混合姿态测量系统并提出了相关的算法。
至2007年，南京航空航天大学的赵新灿等进行了增强现实维修诱导系统关键技术研究，并开发了一种以维修人员为中心的人性化、智能化的维修辅助系统，对维修人员进行培训和指导，可以降低维修作业难度、减少作业差错，并研究了其中的基于自然特征注册等问题。
同年，浙江大学的朱杰杰等研究了增强现实中多视图几何问题，并提出了相关的虚实物体遮挡处理的加速算法与光照检测与阴影绘制等算法。
通过纵贯跟踪近十年来的相关AR研究文献，可知AR的研究焦点依然在跟踪、交互和显示等方面，其具体的一些研究方向如下：
1）实现虚拟内容与真实环境重叠的图形渲染的软件与硬件；
2）跟踪用户的视角变化正确渲染适当的图形；
3）当用户视角不变时，精确跟踪校正与注册对齐虚拟与真实视图的工具；
4）支持输入与输出设备并能运行AR模拟代码的计算机处理硬件；
5）用户可熟练操作虚拟内容的交互技术；
其它方面，如可用性评估、移动/可穿戴系统、多模式多种新方式的输入/输出和新的渲染方法/软件/体系结构等。
由于AR系统是一个软硬结合的系统，因而通常研究者需要研究多个方面的内容。
随着AR技术逐步迈向实际应用，其在实验室中被忽视的种种交互问题变得越来越显著，直接影响了AR系统的交互效果。
本文拟从解决AR交互系统的自然实时等研究角度出发，提出以下若干AR虚实交互的关键问题，具体如下：
（1）视频跟踪技术越来越普及，与此相关其注册精度与响应时间却不能满足要求。
众所周知，AR跟踪技术可分为根据传感器的跟踪技术、基于视觉的跟踪技术与混合跟踪技术。
其中基于视觉的跟踪技术是利用图像处理技术来计算相对于真实对象的相机位置和闭环系统类似能动态纠错，这在计算机视觉中是主要的研究方法，大约占80%以上。
多数基于计算机视觉的跟踪技术大致可分为两类：
基于特征和基于模型库的方法。
其中，基于特征的方法是通过发现2D图像特征与5它们3D世界坐标系的关系来实现的，相机位置可以通过投影3D坐标系的特征到2D的图像坐标系并最小化它们到2D特征之间的距离来估算。
早期的相关技术是通过标记的方法来实现跟踪。
如ARTOOLKIT技术，通过发现一个正方形的四个角点的3D坐标来实现标记，从而从已知的特征点来求出相机位置，这个技术已经相当成熟并有不少的应用。
相对于有基准的标记跟踪技术，相机位置也可以从自然特征点中获取。
如点，线，边或纹理等。
在IWAR98中被Park等首先提出从可视的特征点中获取相机位置后，系统动态获取附加的自然特征点并使用它们持续不断的更新位置信息。
这样当原始基准不在视线中时也能提供精确与鲁棒的跟踪。
基于模型的跟踪技术使用一个明确的模型具有可分辨的特征（如CAD模型或2D的模板）。
这种方法首先在2003年由Comport在ISMAR会议提出。
他们使用的模型包括线、圆、圆柱与球。
研究表明这个方法对对象的隐密的移动有很好的跟踪效果。
边是这种方法常用的模板，因为其对光线的不敏感，边可以通过梯度信息从图像轮廊中获取。
此外，Wuest对其实时性进行了研究。
基于纹理的方法通常被用来作为混合跟踪的补充，作为提高鲁棒性与精确性的方法之一。
从跟踪注册到场景融合，AR系统涉及到多个不同的坐标系，只有通过各坐标系之间的转换，才能将虚拟物体正确的融合到真实场景中，生成增强图像。
因此，跟踪注册技术成为增强现实系统的关键技术，也是研究重点。
跟踪注册，是指增强现实系统必须能够实时地跟踪、检测出运动目标相对于真实场景的位置和方向角，并通过各坐标系之间的转换关系，将其转换到真实场景坐标系，然后根据这些信息来实时确定所要添加的虚拟信息在真实场景坐标系中的映射位置，从而将这些虚拟信息与真实场景进行有效的融合。
因此，提高视觉跟踪系统的精确度，成为增强现实系统最基本的条件之一。
（2）虚实碰撞检测及其响应问题严重影响人机交互的效果。
碰撞检测问题在VR中就一直是一个关键问题，碰撞检测实际上就是检测虚拟场景中不同对象之间是否发生了碰撞。
从几何上讲，碰撞检测表现为两个多面体的求交测试问题，按对象所处的空间可分为二维平面碰撞检测和三维空间碰撞检测。
平面碰撞检测相对简单一些，已经有较为成熟的检测算法，而三维空间碰撞检测则要复杂得多。
在VR/AR系统中，主要是如何解决碰撞检测的实时性和精确性的矛盾。
不同的应用场合，对实时性和精确性的要求不尽相同。
由于碰撞检测问题在虚拟现实、计算机辅助设计与制造、机器人等领域有着广泛的应用，甚至成为关键技术，人们已经从不同的角度对碰撞检测问题进行了广泛的研究。
按照是否考虑时间参数，碰撞检测又可分为连续碰撞检测和离散碰撞检测。
虚拟物体的变形问题是AR碰撞检测后的响应问题，对于AR，虚拟物体的变形响应也是影响虚拟与现实交互的关键问题之一。
对于虚拟物体的变形，一直以来，有两种方法可以实现虚拟物体的变形，分别是空间变形或表面变形的方法。
早在2000年，WongJPY,LauRWH,MaLZ就提出了3D虚拟雕刻的概念，提出利用几何变形的方法来实现虚拟物体的变形过程。
随后，LawrenceJ,FunkhouserT等提出了通过控制瞬时速度来处理表面变形的方法，至今，仍有很多的研究者从事相关研究。
仍然这类算法通常还是面临复杂性高，实现困难等问题，离实时应用则更是遥远。
（3）AR系统急需应用新的人机交互方法与技术，而新的人机交互方法的理论研究及应用却不成熟。
人机交互包含三个因素：
用户、系统以及用户与系统之间的交互。
因而，人机交互是一门多学科交叉的技术，包括计算机视觉，心理学，人工智能和其他方面。
它需要心理认知去理解用户的行为，需要各种解决问题的技术，甚至社会学知识去理解更大范围的交互，工效学去理解用户的物理能力，利用图形去设计表示用户的交互，以及必要的计算机科学与工程技术等。
在HCI中，声音与视频信号依然是最基本的表示形式，由于学者们的努力，相关研究已取得了很大的进展。
随着相关硬件（如相机与其它传感器等）的发展使得其价格更加平易近人，使得最新的多模人机交互（Multimodalhumancomputer-interaction，简称MMHCI）的研究和应用成为可能。
新的应用逐步出现，如智能之家，远程协作等等。
交互不再需要明确的命令，而且经常是多用户的。
近年来随着计算机硬件的发展出现的各种新的输入与输出设备使得普适计算成为可能。
这就需要诸多新的交互方式，如手势，语音，触觉，眨眼反射等。
附在手套上的设备、可理解（抓取）的用户接口，拥有力反馈的点设备，眼动跟踪，凝视检测等渐渐出现。
多模式交互的优势：
减少错误产生，增加鲁棒性，易纠错，拥有更大的带宽，通信对不同环境的适应能力强。
多种方式可相互补偿相互纠正。
综上所述，在增强现实系统中，虚拟物体与真实场景的交互问题，是一个至关重要的问题，有必要对其进行专门细致的研究。
本课题将对AR系统中的虚实交互的关键技术进行探讨，从而克服目前AR系统中虚实物体交互无法实时自然融合的问题。
这些技术的实现，将有助于提高增强现实系统的沉浸感与真实感，促进AR技术在医学、工业、教学、军事、娱乐等领域的深入推广。
2.相关问题的国内外研究现状
2.1.AR系统中的跟踪注册技术
跟踪与注册是AR中的两个不可分割的重要问题。
跟踪是指跟踪3D空间中的一点或几点的3D坐标与6DOF的姿态信息，注册即是虚拟物体和真实场景在三维空间中位置的一致性，即在空间上的整合，跟踪注册是一个持续的动态过程。
增强现实技术具有虚实结合、实时交互的特点，增强现实技术中真实世界与虚拟世界整合研究强调的是真实世界与虚拟世界融为一体。
当用户移动视点时，虚拟物体必须和用户看到的真实目标位置配准。
所以系统必须得知虚拟物体的准确位置和方向，较大的注册误差会导致不正确的显示结果。
在AR技术研究中，根据所使用的传感器技术不同分类，有基于视觉的跟踪注册方法、基于机械与其它传感器的跟踪的注册方法等。
与其它跟踪注册方法相比，基于光学/视觉的跟踪方法具有实施简单，费用合理与精度越来越高等特征，日益受到研究者与用户的欢迎。
基于视觉的跟踪注册方法又可分为基于有基于图像特征的方法、分析目标运动特征的方法和寻找数字化图像的模板方法。
目前增强现实系统研究中存在的主要问题是虚实注册问题，虚实注册问题研究的关键就是要明确虚实物体坐标系之间的转换关系，只有这样才能将虚拟物体正确地融合到真实场景中。
虚实注册过程的大体步骤是：
首先在真实场景中对摄像机的位置进行跟踪，获取相机的外部参数；然后利用标定技术，获取摄像机的内部参数，其中包括镜头的焦距，传感器像元的宽度、高度及高宽比；最后进行测量定位，在场景的三维空间中，通过自动计算或用户交互的方式指定虚拟物体的位置和方向，从而实现虚实景象的结合。
传统的虚实注册方法存在局限性，会导致虚实注册错误的发生。
目前增强现实技术研究中一种虚实结合的方法是基于人工标志点的增强现实技术，另一种是基于自然特征的注册方法。
现有的虚拟物体注册研究中，注册误差较大是其主要问题；对于虚拟物体注册的误差还没有一个量化的度量方法，对注册误差的度量和评价标准的研究是该技术领域的一个主要内容。
下面描述了最近AR的国内外的跟踪与注册技术进展。
增强现实跟踪系统的研究已经比较丰富，其中，常用的跟踪系统主要有机械式跟踪、光学式跟踪、电磁跟踪、超声跟踪、红外跟踪、惯性跟踪等。
根据工作原理的不同，各种跟踪系统各有优缺点，各自适合于不同的应用。
（1）机械式跟踪
机械跟踪系统的工作原理是在被测对象上安装精确的传感器，将机械运动转换成电脉冲信号，再经编码器处理，并将处理后的数据通过串行接口RS232、RS422或音频信号线传递给机械传感信号处理器。
在较早就出现的虚拟演播室系统中，机械跟踪方式就得到了广泛应用，该方式通过利用精确的运动参数编码器，获取与摄像机及镜头运动相关的多个参数。
具有延时较短，摄像机运动不受限制等优点，但也有需要增加控制传感器、导轨等硬件设备的缺点，且传感器等设备需要定期维护保养。
（2）光学式跟踪
光学式跟踪是目前研究最为活跃的领域，具体可分为利用可见光（如标记、图像等）的跟踪、利用红外线的跟踪、利用激光测距的跟踪及其混合的跟踪等等。
光学式跟踪系统的感光设备可以有多种选择，从普通摄像机到光敏二极管等等。
光源也有多种备选，可以是环境光，也可以是受跟踪器控制发出的光，有时也使用红外线作为光源防止可见光的干扰，当然光学跟踪系统可激光测距等技术。
光学跟踪方式中目前使用最多的是基于计算机视觉的跟踪，具体是指利用一台或多台不同角度安装的摄象机来模拟人眼的功能，通过对图像序列中的运动目标进行检测、提取、识别和跟踪，获得运动目标的运动参数，如位置、速度、加速度以及运动轨迹等，并进行进一步处理和分析，实现对运动目标的行为理解。
光学式跟踪技术的优点是使用者活动范围大，无电缆、机械装置的限制，使用简便，其采样速率较高，可以满足多数高速运动测量的需要。
标志点（Marker的价格很便宜，便于扩充。
该方法的缺点是对于场地的光照、反射情况有一定的要求，装置定标也较为烦琐。
特别是场景复杂时，多个标志点有可能发生混淆，产生错误结果。
另外，部分遮挡引起的被跟踪目标不规则变形和全部遮挡引起的被跟踪目标的暂时消失，都会严重影响返回数据的可靠性，因此光学式跟踪依赖于直线的观察，即被测物与传感器之间不能被任何物体遮挡。
红外线跟踪是光学式跟踪的一个分支。
红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，其核心部分—红外探测器，是利用红外辐射与物质相互作用所呈现出来的物理效应探测红外辐射。
红外传感系统可用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪。
红外线跟踪方式有两种，一种是反射式，一种是发射式。
单一型虚拟演播室中较多的采用了红外跟踪技术，其中反射式红外跟踪方式是把从红外线发射器发射到LED球的红外线反射到顶棚的红外线探测摄像机，而发射式红外跟踪方式可由LED球直接发射红外线，使其发射的红外线直接到达置于顶棚的红外线探测摄像机。
以上两种方式，都是由固定在虚拟演播室顶棚的红外探测摄像机，通过三角测量探测到LED球的位置，并由此计算出摄像机的位置和角度。
红外跟踪方式是单一型虚拟演播室可以选用的跟踪方式，在这种跟踪方式中，摄像机可以自由移动，既可以固定在三脚架上，也可以移动操作，但运动范围不能超出红外探测摄像机能捕捉到的范围，其操作灵活、方便，且可以获取摄像机的八个跟踪参数。
目前这种方式的产品很多，已进入商业化应用，但与其他跟踪方式相比，这种方案总体造价仍然较高。
（3）电磁跟踪
6DOF电磁跟踪传感器是上世纪末出现的一种新型跟踪系统，目前已在虚拟现实、运动捕捉等领域得到广泛应用，并且成为虚拟现实系统中应用最广泛的一类方位跟踪器。
其基本原理是利用三轴线圈发射低频电磁场，用固定在被测对象上的三轴磁探测器探测磁场的变化信息，利用发射信号和感应信号之间的耦合关系确定被测对象的方位。
电磁式跟踪技术的优点首先在于它记录的是六维信息，即不仅能得到空间位置，还能得到方向信息，这一点对某些特殊的应用场合很有价值。
其次是速度快实时性好。
装置的定标比较简单，技术较成熟，鲁棒性好，成本相对低廉。
其缺点是容易受到周围环境的干扰，包括地磁干扰、附近永磁体产生的干扰以及电路板电源所产生的磁场干扰等。
任何在检测区中的磁性物体都将干扰磁场的分布，造成不正确的测量，因此该跟踪系统对跟踪环境的电磁特性有较高的要求。
其中以美国Polhemus和AscensionTechnologyCorporation两家公司的电磁跟踪器最为著名。
（4）超声波跟踪
超声波传感器检测距离的手段最常用的方法是检测渡越时间。
渡越时间是指超声波从发射器发出到超声波接收器接收到声波所经历的时间间隔。
声源与目标之间的距离与声波在声源与目标之间传播所需的时间成正比，测量出渡越时间就可计算出声源与目标之间的距离。
根据多个不同位置的超声波对同一个超声波发射器进行测距，通过计算可确定这个超声波发射器在三维空间的位置。
超声波跟踪系统的优点是成本低、抗电磁干扰能力强、对光线不敏感、无电磁辐射等，但他和光学式跟踪一样依赖于直线的观察，周围物体的反射波可能对测量造成影响，并且在同一时刻只能有一个声源，因而当有多个超声波发射源时，必须有一种控制策略，使它们依据某种规则轮流发射超声波，但这样系统的测量时间则要加长。
由于空气中声波的速度与气压、湿度、温度有关，所以还必须在算法中做出相应的补偿，因此从2000年以后，已经很少有使用该跟踪方式的系统研究报道。
（5）惯性跟踪
惯性跟踪技术使用惯性传感器进行跟踪，主要包括陀螺仪（Gyroscope）传感器和加速器（Accelerator）传感器。
我们知道，高速旋转的陀螺有保持其旋转轴11朝向不变的能力，可以测量被跟踪物体的3自由度选择运动（yaw、roll、pitch），从而达到对头部方向运动的跟踪。
加速计用来测量头部运动的加速度或者是环境中运动物体的加速度，达到对头部位置运动的跟踪。
在AR应用中，惯性跟踪系统通常是被固定在使用者头部，跟踪过程是：
首先必须已知使用者头部的初始位置和方向，然后通过加速计和陀螺仪分别实时测量头部的位置加速度增量和方向旋转角速度。
根据位置加速度增量即可求得使用者头部位置增量，同时根据方向旋转角速度即可求得方向的旋转角度。
结合初始位置和方向，则可计算出当前时刻使用者头部的位置和方向。
惯性跟踪技术的优点是设备轻便，易携带，特别适用于户外跟踪和动态跟踪。
和GPS技术结合，可以达到很好的户外跟踪效果。
从惯性跟踪系统的跟踪过程可以看出，其跟踪误差呈累积状态。
因此跟踪精度不高，一般需要和其他的跟踪技术结合使用。
（6）混合跟踪
所谓混合跟踪是指综合利用上述各种跟踪技术进行传感器数据融合，如上海大学的丰艳等提出利用光学与磁力跟踪方式融合的方法，取得了良好的实际跟踪注册效果。
2.2.基于视觉标记的注册技术
如上所述，基于标记的跟踪注册技术是一种光学跟踪技术。
该技术利用光学跟踪原理，利用标记实现虚拟物体的精确注册的技术，是一种较为成熟的技术，并在室内、室外到移动应用等环境都得到了广范应用。
如索尼公司的最新PS3游戏EyeofJudgement就是基于该技术进行的研究，此游戏在真实环境中逼真地渲染出3D怪兽的游戏角色，受到了广泛的好评。
这种方法具体是指在真实的环境中设置人工标志物，通过获得标志物信息,从而获得注册所需的信息而达到注册目的。
视觉标记的识别过程包括输入图像、输出图像标记的包围框和特征点的坐标。
这个过程的设计要求是具有较好的精度，满足实时性要求，其中实时性要比精度更重要一些。
ARTOOLKIT是一种成熟的基于标记识别注册应用的AR系统，由华盛顿大学TheHumanInterfaceTechnologyLab（HITLab）实验室开发。
而ARTOOLKITPLUS是一种改进的可利用在移动环境下的以面向对象方式的AR系统。
它也是基于标记的AR系统。
由于基于标记的注册技术具有实现简单，实时性好，鲁棒性高等特点，已成功实现了诸多应用，并仍有相当丰富的应用前景。
但其中标记识别一直是增强现实系统的瓶颈，占用了系统处理的大部分时间，即使采用规则几何形式的标记，对于实时要求很高的增强现实系统而言，其识别算法的结果和实时性也是不理
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