在人机交互领域中,增强现实已经成为一种新兴的交互环境,它可以支持将虚拟物体叠加到真实的世界中,其虚实融合的特点既给用户带来了真实感、沉浸感,同时也增强了用户对周围真实世界的感知能力,避免了用户因过度沉浸于虚拟世界而脱离现实世界。增强现实技术已经成功地应用于医疗、教育、娱乐、仿真设计等相关领域。目前关于增强现实中的交互研究主要集中在实物交互、三维交互和移动式交互这三方面,关于多用户的协同交互研究则相对较少。然而,随着越来越多的用户接受了增强现实这种交互技术,多用户的协作任务需求和技术需求量不断增加。但在现有的研究中,还存在增强现实的协作应用不成熟、缺乏用于指导设计增强现实环境下协作应用的交互模型等问题。为此,本论文通过设计有效和完善的协同交互模型来促进原型交互系统的实现,以推进增强现实技术在协同交互中的应用。本文的研究结果可为增强现实环境下多用户协同交互提供交互设计的理论支持,提出的UMTOP交互模型可有效指导增强现实中多人协同交互应用的设计。具体来说,本论文完成了以下具有创新性的研究工作。(1)在回顾人机交互领域中不同用户界面的交互模型以及计算机支持的协同工作领域中的协作设计理论的基础上,本文借鉴了3D用户界面交互模型以及桌面式协作系统设计思想,提出了五项可用于指导开发者的设计原则,设计了适用于增强现实环境下的多用户协同交互模型——UMTOP模型,并详细阐述了交互模型中的构成元素。(2)根据UTMOP模型,本文完成了一个基于增强现实的协同交互系统的需求分析和功能设计,并在该交互模型指导下,实现了该多用户协同交互系统。该系统包括交互输入模块、协作控制模块和显示输出模块,可以通过手势、语音和眼动的多模态交互手段完成灾害应急研讨过程中的协作交互任务,证明了模型的可行性。(3)为了验证本文提出的交互模型的有效性和实现的协同交互系统的效果,本文设计了一组用户对照实验,从可用性、主观喜好、社交临场感和半结构访谈四个方面分析了用户在增强现实环境下和3D-Paper环境下(自然状态)的用户表现。实验结果证明本文的增强现实协同交互系统具有较好的功能可用性,还可帮助用户更明显地感知同伴注视位置和指向位置。增强现实环境下的系统更受到用户的喜爱,并且用户的协作满意度与面对面自然协作相当。