近些年,增强现实技术作为一个引人注目的新兴技术,已逐渐被应用于教育领域。增强现实所带来的动态交互式体验教育,增强了教育的互动性与参与性,起到了寓教于乐的作用。2014年,在美国国家科学基金会的资助下,加州大学戴维斯分校开发增强现实沙盒(Augmented Reality Sandbox),以发展地球和流域科学教育。本文中构建的增强现实沙盒是一个实时的增强现实交互系统,人们可利用真实的沙子在沙盒中建造三维地形,系统利用微软Kinect传感器实时读取此三维地形的高度数据,并将此数据传给计算机,计算机处理此数据生成海拔彩色图、等高线及模拟的水流等彩色图像,通过投影仪将这些图像投影在真实的沙盒之上,便于向学生教授相关的地理、地质及水文概念,如等高线的意义,流域及分水岭知识等。此增强现实沙盒目前仅以教育为目的被应用在一些欧美发达国家的博物馆和科技馆中的互动体验式展览区,因此本课题以增强现实技术为基础,搭建增强现实沙盒系统,并利用增强现实沙盒中的Kinect对沙盒地形进行三维重建,以此作为一个切入点,为后期开发相关的军事应用,如沙盒推演,全局路径规划,军事态势分析及可视化战场指挥等做铺垫。本课题创新点在于,针对增强现实沙盒场景,提出了一种Kinect三维重建方法,其可自动裁剪掉Kinect视野中沙盒的边缘,并在Matlab中精确完整地重建沙盒地形。本文从下述方面展开了研究:(1)分析增强现实技术在教育领域、互动展示、军事领域方面的应用现状,以及地形三维重建技术在重建工具和接触情况分类下的研究现状,为增强现实系统及地形重建关键技术及理论的研究奠定基础。(2)对增强现实技术及深度传感工具做基础分析,为增强现实系统的实现及地形重建技术研究奠定理论和应用基础。(3)从增强现实沙盒系统的目标出发,设计系统的硬件架构,分析软件处理过程,给出系统的校准方法,讲解系统功能实现原理,说明系统当前分布情况,并进行调研做出系统用户体验评估。(4)根据三维重建的基本要求和对沙盒地形重建的特殊要求,提出不同于Kinect Fusion算法的Kinect三维重建流程,分析三维重建中的关键算法,利用增强现实沙盒中的深度传感工具Microsoft Kinect对沙盒地形进行三维重建。(5)对增强现实沙盒及地形重建进行实验验证及分析,证明增强现实沙盒系统及三维重建算法的正确性。