增强现实系统可将计算机技术和可视化技术生成的虚拟对象，通过传感技术精确地“放置”在真实环境已经标定好的位置上，最后通过显示设备将虚拟对象和真实环境融合的图像显示出来，给使用者一个新的视觉冲击、一个感官效果的特效。增强现实技术在文物古迹复原方面的研究主要是能让文物古迹残缺部分虚拟重现，或根据历史记载图片等信息在真实场景中复原已消失的古迹，使参观者身临其境，重观历史奇观。本课题针对增强现实中虚实结合和实时交互部分做出研究，以实现物质文化遗产的古迹复原和数字化文化遗产保护。增强现实场景软融合和实时渲染问题，即提高虚拟场景和现实场景融合逼真度的问题，目前解决此问题的主要方法是事先对现实场景进行建模，工作量巨大，且系统移植性差，或者采用离线的方法对真实场景的光照进行估计，没有实现实时地对场景进行渲染，而且缺少与虚拟场景的交互。针对目前研究存在的问题，本文的主要工作包括：1、综合介绍了增强现实的关键技术，包括显示技术、跟踪注册技术、虚实融合技术和实时交互技术。然后介绍了ARToolkit基本原理、内部算法流程和框架结构。2、提出了一种基于三维标志物的实时渲染算法，主要分析了立体标志物的识别原理，将平均分割算法应用到立体标志物对应的环境贴图中，并改进了传统平面阴影算法，提出了一种软阴影实时生成算法。基于三维标志物的实时渲染技术运行速度快、效率高，能够满足真实光照渲染虚拟物体的实时性要求。3、研究了实时光照渲染技术，提出了一种像素增强算法。对光照系统和粒子系统进行了系统的介绍和研究。通过粒子系统渲染真实环境光，利用像素增强算法，实现了虚拟光照对真实环境的影响。4、设计并实现基于ARToolkit的虚拟世界和现实世界的实时交互系统，提出了一种改进的基于多标志物交互的方法。首先将OBJ幻影模型导入到ARToolkit平台中，再使用OpenGL渲染虚实场景，采用键盘输入和多标志物交互方法实现了虚拟火焰照亮“真实”秦兵马俑幻影模型，具有实时性、快速性等特点。本文对增强现实场景软融合与实时渲染方法进行了初步研究，对现有方法进行了尝试、总结和改进。实验结果表明，系统可以在真实场景的标定位置处添加虚拟物体，实时地为虚拟物体添加与真实环境相一致的光照和阴影效果，并且可以实时地完成真实环境和虚拟物体之间的交互。系统的实时性好，显示结果逼真度高，满足增强现实系统场景软融合和虚实实时交互的要求。为将来增强现实技术能够更深入的应用到物质文化遗产的古迹复原和数字化文化遗产保护领域提供了一个初步的参考。