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Ronald Azuma在1997年提出了一个被广泛接受的增强现实的定义，包含三个特征：虚拟现实融合、实时互动、基于三维的注册。根据这个定义，增强现实应用系统开发的三大关键技术为三维注册技术、虚实融合显示技术以及自然人机交互技术。
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三维注册技术是实现移动增强现实应用的基础技术，也是决定移动增强现实应用系统性能优劣的关键，因此三维注册技术一直是移动增强现实系统研究的重点和难点，其主要完成的任务是实时检测摄像头相对于真实场景的位姿状态，确定所需要叠加的虚拟信息在投影平面中的位置，并将这些虚拟信息实时显示在屏幕的正确位置，从而完成三维注册。
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三维注册技术的性能判断主要有三个标准：实时性、稳定性和鲁棒性。
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目前基于移动终端的移动增强现实系统的研究主要采用以下几种注册算法：基于计算机视觉的注册算法、基于硬件传感器的注册算法以及混合注册算法。
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基于计算机视觉的注册算法：主要是指在利用计算机视觉获取真实场景的信息后，经过图像处理方面的知识识别和跟踪定位真实场景的过程。基于计算机视觉的注册算法又分为基于传统标志的注册算法和基于自然特征点无标志注册算法。
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基于硬件传感器的注册算法：传统增强现实系统的硬件传感器跟踪技术主要包括惯性导航系统，全球定位系统（GPS），电磁、光学或超声波位置跟踪器等，其中惯性导航系统的主要问题是被跟踪物体的角度及位置的跟踪误差会随着时间的增长而不断增大，其漂移较大，设备的体积和质量也较大；GPS定位误差较大，在室内、峡谷或其他复杂地形，GPS信号经常无法正常接收；电磁、光学或超声波位置跟踪器采用发射和接收的工作方式进行跟踪，使用场合固定，范围有限。因此这种注册算法容易受到环境的干扰，注册不精确。
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混合注册算法：由于系统的不精确性和系统延时方面的限制，目前单一的跟踪技术不可能很好地解决增强现实应用系统的方位跟踪问题，因此采用混合跟踪的方法对增强现实系统进行跟踪注册也是国内外著名大学和科研机构研究的方向。混合注册算法主要是为了达到更加精确的注册结果，其将基于计算机视觉的注册算法与基于硬件传感器的注册算法相结合。
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目前，增强现实系统实现虚实融合显示的主要设备一般分为头盔显示式、手持显示式以及投影显示式。
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头盔显示式被广泛应用于增强现实系统中，用于增强用户的沉浸感。按照实现原理大致分为光学透视式和视频透视式两类。光学透视式增强现实系统具有简单、分辨率高、没有视觉偏差等优点，但它同时也存在着定位精度要求高、延迟匹配难、视野相对较窄和价格高等缺陷。视频透视式增强现实系统采用基于视频合成技术的穿透式HMD（Video Seethrough HMD），利用摄像机采集到的真实环境的视频信息与计算机生成的三维虚拟信息相融合，从而增强用户对真实世界数据信息的认知能力。
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手持显示式一般多指手机、PDA、平板电脑等移动终端设备的显示器，它们具有较高的便携性，可以随时随地使用，而且手持式显示设备具有可触控的特点，便于进行人机交互的设计。
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投影显示式是将生成的虚拟对象信息直接投影到需要融合的真实场景中，能够将图像投影到大范围场景中，但是投影设备体积庞大，比较容易受到光照变化的影响，适用于室内场景，不适合室外大场景。
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自然人机交互技术是指将用户的交互操作输入计算机后，经过处理将交互的结果通过显示设备显示输出的过程。
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目前，增强现实系统中的自然人机交互方式主要有三类：外接设备、特定标志以及徒手交互。
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①外接设备。如鼠标键盘、数据手套等。传统的基于PC的增强现实系统习惯采用键盘、鼠标进行交互。这种交互方式精度高、成本低，但是沉浸感较差。另外一种是借助数据手套、力反馈设备、磁传感器等设备进行交互，这种方式精度高，沉浸感较强，但是成本也相对较高。随着可穿戴增强现实系统的发展，语音输入装置也成为增强现实系统的交互方式之一，而且在未来具有很大的发展前景，例如Google Glass。
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②特定标志。标志可以事先进行设计。通过比较先进的注册算法可以使标志具有特殊的含义，用户看到标志之后就知道该标志的含义，因此基于特定标志进行交互能够使用户清楚操作步骤，降低学习成本。这种方式的沉浸感稍高于传统外接设备。
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③徒手交互是一种基于计算视觉的自然手势交互方式，需要借助复杂的人手识别算法。首先在复杂的背景中把人手提取出来，再对人手的运动轨迹进行跟踪定位，最后根据手势状态、人手当前的位置和运动轨迹等信息估算出操作者的意图并将其正确映射到相应的事件中。这种交互方式的沉浸感最强，其成本低，但算法复杂，精度不高，容易受光照等条件的影响。另外一种主要针对移动终端设备，现如今移动终端的显示设备都具有可触碰的功能，甚至支持多点触控，因此可以通过触碰屏幕进行交互。目前，几乎所有的移动应用都采用这种交互方式。
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