增强现实是近二十年来兴起的一项新技术，在医疗手术、文化遗产保护、工业维修、游戏娱乐等方面都有着很高的应用价值。它借助计算机图形技术生成现实环境中不存在的虚拟对象，通过显示设备将虚拟对象与真实环境融为一体，从而呈现给使用者一个感官效果真实的新环境。　　场景的光影条件决定了物体的外观，因此获取真实场景的光影信息以实现虚拟物体同真实场景的光照一致性和合成一致性对于增强现实环境的真实感起着至关重要的作用。本文针对室外场景，研究了如何从固定视点视频或图像中恢复场景的光照及阴影条件，有效解决了增强现实中所面临的光照一致性和和合成一致性问题，论文主要贡献如下:　　提出了一种基于区域选择的室外场景在线视频光照估计框架。与之前方法不同，该方法无需重建场景几何或者存储大量先验数据，仅需在初始化阶段交互选择若干具有特殊法向的区域，便可实现光照参数的在线计算。在线运行时，更多具有相同法向的区域将被选出，通过优化处理以提高算法的稳定性和准确性。此外，该方法还可应用于相机旋转时的室外场景光照参数在线计算。　　提出了一种无阴影条件下的室外场景固定视点视频实时光照估计方法。方法移去了前一工作的两个约束:(1)要求画面中存在一定面积的阴影区域;(2)假设天空光均匀分布，从而可适用的室外场景范围更广。算法利用已知表面的几何和材质信息通过求解一含约束最小二乘问题实现对场景光照的计算。此外，还巧妙的将天空光分布信息融入了遮挡因子，去除了天空亮度均匀分布的假设，减少了由于天空光分布发生变化给光照求解带来的影响。　　提出了一种基于单幅室外图像的光照求解算法。前两项工作由于忽略了场景中景物对整体光照的贡献，无法模拟镜面反射等较为复杂的表面效果，本方法较全面地考虑了室外光照的各项因素，可以恢复包含周围景物环境光在内的复杂光照条件，从而得到更具真实感的绘制结果。方法采用球面调和函数将室外光照模型简化为仅含六个光照参数的简单模型，在恢复了场景中部分表面的材质系数后，仅通过求解线性问题便可获取光照参数，具有较高的运行效率，这种线性结构也使该方法具有在线运行的潜力。　　提出了一种简单有效的增强现实场景交互阴影生成方案。基于室外光照特点，在缺乏阴影遮挡体几何的条件下，实现了真实阴影向虚拟物体表面的投射;进而提出了一种图像融合算法实现了虚实阴影画面的正确合成。同之前方法相比，本方法能够实现对场景中复杂阴影的处理，并且无需重建整个场景，方法不依赖于特别的绘制程序，使用一般的三维绘制软件即可实现，便于普通用户使用。