随着信息技术和计算机网络技术的发展,视频通信为远程协作提供了有效的解决方案,可以打破地域限制,使远程老师能够实时指导学生的实验活动。现有的远程协作系统主要依赖画面和语音传输,协作者在物理空间处于分离状态,临场感、参与度和交互性较低,同时语言描述的表现力有限,复杂信息的传递较为抽象,任务空间内三维指示不足,导致信息理解和操作执行的效率较低且易出错。为此,本文围绕远程共享空间、新型可视化和交互方式、案例实施和适用性评测开展研究工作,主要研究工作和创新点如下:(1)提出了一种基于视频共享的虚实融合远程协作系统创建方法。在研究计算机支持的协同工作的基础上,搭建了任务空间和交流空间统一的协作架构;在研究基于自然图像三维注册的增强现实技术的基础上,将信息可视化与真实场景无缝融合,并通过实验研究其适用性;提出了一种采用基于对象网络协议的数据传输方法,可以将协作者带入同一共享空间,改善其临场感和参与感,并实现抽象信息的可视化,提高了信息的传递效率。(2)提出了一种基于深度图像获取和实时数据传输的自然手势跟踪、重建和交互新模式。研究了基于双目立体视觉方法获取的深度图像的实时手势跟踪方法,通过模型驱动进行手势重建,根据实验教学场景的需求,设计了远程实验交互手势,在本地任务空间实现了实时手势识别与指令交互。该模式可服务于远程三维空间指示和实验教学示范的需求,提高了协作双方的交互感。(3)设计并实现了远程光学实验协作教学平台,提出了一种通过不同图像采集方式对协作者体验的影响进行评测的新方法。将所研制的增强现实远程协作系统应用于迈克尔逊干涉仪实验,设计了可视化教学内容和实验步骤;针对不同图像采集方式进行评测,实验结果表明增强现实交互式平台能够更有效地支持远程协作,改善协作者的体验感,并且第三人称视点相对于第一人称视点在任务的完成状况方面表现更佳。