材料中的应力/应变对材料的力学性能和物理性能具有重要的影响。在金属材料中,界面处的弹性应变场会影响材料的弹性常数,改变位错核结构。界面弹性应变对金属结构材料的力学性能具有重要影响。例如,在层状复合材料形变过程中,层间应变转移能够有效得缓解硬相中的应变局域化,提高材料整体的强韧化性能。在半导体材料中,纳米、原子尺度应力/应变会诱发材料缺陷的产生以及造成能带结构的变化,从而影响材料的电学性能。半导体中的应变工程也是提高晶体管通道的电导率的常用技术。因此,高空间分辨率、方便、准确的应变/应力测量手段对材料力学行为和电学行为的研究和调控具有重要的意义。而目前还没有一种普适的原子尺度应变计算方法能够适应各种晶体结构和界面处的全场应变表征。本文通过剖析现有原子尺度应变计算方法的原理及其在特定情况下的失效原因,从底层算法层面提出一种新的普适计算方法。通过模拟结合实验的手段对该方法进行可靠性验证。结果表明,对于傅里叶空间中的几何相位（GP）法,由于界面处的相位突变导致无法对界面缺陷应变场进行正确表征,并且应变准确性与掩模（mask）半径大小密切相关。对于实空间中的原子对（PP）法,由于参考点阵的单一性导致无法适应于复杂晶体结构的应变计算。本文通过对两层原子进行分离——计算的思想,解决了原始PP方法在密排六方（HCP）晶体中失效的问题。通过对比多种不同的原子定位方法,结果表明重心法和多项式拟合法精度最高,而互相关算法对于复杂晶体结构的鲁棒性更高。通过对算法的进一步改进,将该新方法（m-PP）推广到了各大晶体结构中,空间分辨率达到亚纳米级别。利用该方法进行了铜/石墨烯半共格界面的应变表征,得到了不同石墨烯厚度下的复合材料界面应变和铜基体中的位错分布特点,与理论值复合较好。