基于视觉跟踪的增强现实系统越来越多的被应用到我们的日常生活中,这些增强现实系统都是基于平面标志物或特征的跟踪技术来进行系统设计的。这类增强现实系统有一个严重的缺点,当摄像机运行到和平面夹角较小时或者平面的背面时,不能够从视频流中检测出标志物,这时就不能够进行虚实配准。另一方面,我们所处的现实世界环境全是三维的,如果能够对三维物体进行识别跟踪,以此为基础来构建增强现实系统,那么系统的真实体验感更强。本文在传统的基于平面标志物跟踪的增强现实系统基础之上,总结分析了标志物识别跟踪的相关基础理论算法,设计了一个用于增强现实系统的三维标志物,并以此为基础进行了三维标志物的识别跟踪算法的研究,构建一个基于三维标志物跟踪技术的增强现实系统原型。本文所设计的三维标志物是在传统的人工二维标志物基础之上发展起来的。为了满足对目标识别的高效率和高可靠性的要求,本文采用了二维码的识别方法,通过将多个平面标志物进行组合,设计了一个三维立方体的标志物,满足了各个特征点的空间三维坐标易于确定的要求,实现简单,识别可靠。针对于三维标志物的跟踪算法的要求,本文借鉴了传统增强现实中采用的跟踪算法的优点,在标志物设计阶段就对可能的标志物识别和跟踪算法进行了研究,采用了POSIT算法来进行三维标志物在空间中位姿的确定。构建了以三维标志物为识别跟踪对象的增强现实系统原型。通过原型系统实验和相关应用验证,本文所设计的标志物和相关识别跟踪算法均能够满足实时增强现实的要求;克服了平面标志物容易出现的可视点丢失问题,在不同的角度均能够准确的识别出三维标志物的空间位姿;定位准确,虚实融合效果好。