ISOIEC 23090-312025 信息技术 沉浸式媒体的编码表示 第31部分触觉编码标准立项发展报告

信息技术沉浸式媒体的编码表示第31部分：触觉编码标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Codedrepresentationofimmersivemedia—Part31:Hapticscoding摘要随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）等沉浸式技术的迅猛发展，用户对超越视听感官的多模态体验需求日益增长。触觉信息作为连接数字世界与物理世界的关键桥梁，其在沉浸式交互中的重要性愈发凸显。本报告深入剖析了ISO/IEC23090-31:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第31部分：触觉编码》标准的立项背景、核心内容、技术路线及其对产业和应用生态的重大影响。该标准作为MPEG-H3DAudio标准的扩展与补充，首次实现了触觉信息的标准化编码与表示，旨在解决不同设备、平台间触觉内容互操作性差、开发成本高昂的行业痛点。报告详细阐述了该标准定义的关键技术框架，包括触觉数据流结构、元数据定义、渲染模型以及与视听媒体的同步机制。基于该标准，内容创作者将能够精准描述触觉效果的物理属性（如频率、幅度、波形），而无需适配特定硬件，从而显著降低开发壁垒，促进触觉内容生态的繁荣。此外，报告重点介绍了标准制定过程中的主要贡献单位，分析了标准的适用范围、核心价值及潜在挑战。结论部分指出，ISO/IEC23090-31的颁布，标志着沉浸式媒体从“视听沉浸”向“全感知沉浸”迈出了决定性的一步，为构建下一代人机交互界面、推动医疗康复、工业仿真、教育培训和数字娱乐等领域的创新发展奠定了坚实的技术基石。关键词：沉浸式媒体；触觉编码；MPEG-H；人机交互；多模态；互操作性；触觉渲染；标准化编码Keywords:ImmersiveMedia;HapticsCoding;MPEG-H;Human-ComputerInteraction;Multimodal;Interoperability;HapticRendering;StandardizedCoding正文1.引言在数字化浪潮席卷全球的今天，人们对于信息交互的体验质量要求已从简单的视觉呈现和听觉反馈，向更为真实、自然的多模态感知演进。沉浸式媒体技术，特别是虚拟现实（VR）和增强现实（AR），作为下一代计算平台的代表，正试图为用户构建一个“所见即所得、所触即所感”的数字副本世界。然而，长久以来，沉浸式体验主要集中在视听觉通道，触觉通道的缺失导致虚拟物体显得“不可触摸”，交互的真实感和临场感大打折扣。触觉技术，作为连接数字世界与物理世界的“第四感官”，能够通过振动、压力、温度、纹理模拟等方式，为用户提供与虚拟环境交互时产生的力触觉反馈，是弥合这一感知鸿沟的核心技术。在此背景下，由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）第一联合技术委员会（JTC1）下属的动态图像专家组（MPEG）制定的ISO/IEC23090-31:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第31部分：触觉编码》标准应运而生。该标准并非凭空出世，而是基于MPEG-H3DAudio标准的成功经验与成熟框架。MPEG-H音频标准（ISO/IEC23008-3）已在全球范围内，特别是在中国DTMB-A数字电视和ATSC3.0广播标准中得到广泛应用，其在元数据驱动、对象/场景式编码方面的创新理念，为触觉编码提供了天然的技术参考。ISO/IEC23090-31的发布，标志着国际标准化组织正式将触觉视为沉浸式媒体不可或缺的基本要素，首次将其纳入统一的编码表示体系。2.标准主要内容与技术框架ISO/IEC23090-31:2025标准的核心目标是定义一种通用的、设备无关的触觉信息编码表示方法，使得任何符合标准的触觉设备或应用都能正确、一致地渲染出创作者预期的触觉效果。该标准的主要技术内容可概括为以下四大模块：2.1触觉数据流结构标准定义了一种层次化的数据流结构，用于承载触觉信息。该结构能够容纳多种触觉数据类型，包括但不限于：-振动（Vibration）：描述正弦波、锯齿波、方波等基本波形及其组合的频率、振幅、持续时间。-纹理（Texture）：通过表面粗糙度、凹凸模型等参数，描述虚拟物体表面的触觉质感。-力反馈（ForceFeedback）：描述交互时产生的阻力、惯性、弹性等力学特性，常用于模拟按压按钮、拉拽物体等场景。-温度（Thermal）：用于表示触觉反馈中次要的、但未来可扩展的温度信息。2.2元数据定义与MPEG-H音频类似，该标准强调元数据驱动。其定义的元数据包含两个关键层级：-场景级元数据：描述整个触觉场景的总体属性，如坐标系、单位制、渲染设备的增益调整范围。-对象级元数据：描述每一个独立触觉对象（HapticObject）的属性，包括其空间位置、运动轨迹、时间戳、与视听觉对象的关联关系（例如，与特定视频帧或音频事件同步）。2.3触觉渲染模型标准定义了一个参考渲染模型，该模型规定了触觉信号如何从上述编码格式被转换为物理驱动信号。这是确保跨平台一致性的关键。渲染模型主要包括：-信号解码器：从数据流中重建触觉波形。-渲染算法：根据设备能力（如仅支持振动，或支持多自由度力反馈）将抽象元数据映射为具体的驱动参数。-空间化技术：对于多区域触觉设备（如触觉手套、多点触控板），标准定义了如何根据对象位置动态分配控制信号给不同激振器。2.4同步与复用机制标准严格规定了触觉流与视音频流的同步要求。它定义了时间戳格式，确保一个“触摸反馈”事件能精确地与对应的视觉帧（如球体撞击的瞬间）和音频事件（如撞击声）同步。此外，该标准还定义了如何将触觉流复用至现有的沉浸式媒体容器格式（如ISOBMFF，ISOBaseMediaFileFormat），确保其能够与视频、音频、字幕等轨道无缝集成。3.标准制定的核心价值与应用场景ISO/IEC23090-31的出台，带来了多层面的价值，从而催生了广泛的潜在应用场景：3.1核心价值-打破互操作性壁垒：这是最核心的价值。在此之前，触觉开发严重依赖特定硬件SDK。一个为A品牌触觉手套编写的应用，无法在B品牌设备上运行。该标准定义了通用格式，使得内容包一次编码，即可在各厂商设备上播放。-促进内容生态繁荣：当内容创作与硬件解耦后，将催生出一个独立的触觉内容市场。触觉设计师将如同平面设计师、音效设计师一样，成为一种新的职业。应用商店中可以售卖触觉效果包、游戏MOD触觉补丁等。3.2应用场景-数字娱乐：在VR游戏中，玩家能够真实感受到开门的沉重感、子弹击中身体的震动、甚至盔甲被击中的金属敲击感。在电影或直播中，观众能通过座椅感受到赛车漂移的G力。-医疗康复：在远程手术或康复训练中，医生可以感受到手术器械与虚拟组织的阻力，极大地提升了手术模拟训练的真实性和有效性。在物理康复中，结合触觉反馈的游戏能显著提高患者训练的积极性。-工业仿真与远程操作：在复杂的数控机床或危险环境（如核电站、深海作业）操作培训中，操作员可以通过带有力反馈的操控杆，直观地理解设备反馈，减少误操作。在远程手术中，触觉编码使得操作者的力道可以精准地传递到千里之外的手术机器人上。-教育培训：学生可以通过触觉反馈学习物理定律（如摩擦力、弹力），或者通过模拟解剖、文物修复等过程，获得比单纯观看视频深刻得多的理解。-消费电子与智能生活：手机、智能手表可以依据标准，提供一致的、可定制的触摸反馈。例如，不同应用的推送通知（如短信、邮件、微信）可以配置不同的独特触觉模式。4.主要参与单位介绍：FraunhoferIIS在ISO/IEC23090-31标准的制定过程中，德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会旗下的集成电路研究所（FraunhoferInstituteforIntegratedCircuits,IIS）扮演了至关重要的技术引领者角色。FraunhoferIIS是全球知名的应用研究机构，尤其在音频与多媒体编码领域拥有无可争议的权威地位。它是MP3和AAC音频编码格式的发明者，也是MPEG-H3DAudio标准的核心贡献者和主要技术提供商。正是基于其在MPEG-H音频中的深厚积累，FraunhoferIIS将元数据驱动、对象式编码等已被验证成功的技术范式，创新性地迁移到触觉领域。在标准制定中，FraunhoferIIS与中国相关单位（如北京大学、华为等）以及全球其他合作伙伴紧密协作，主导了触觉编码的核心算法设计、元数据架构的定义以及测试序列的生成。该研究所提供了大量的技术提案、参考软件以及验证测试平台，确保了标准的技术先进性和实际可行性。其开发的触觉编码参考实现已被业界广泛用于技术评估和产品开发。可以说，没有FraunhoferIIS从MPEG-H音频向触觉领域的跨模态技术迁移，该标准难以在如此短的时间内获得业界共识并顺利发布。5.结论与展望ISO/IEC23090-31:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第31部分：触觉编码》的正式发布，是沉浸式技术发展史上的重要里程碑。它首次以国际标准的形式，系统性地定义了触觉信息的数字化编码、表示、复用和渲染框架，成功解决了制约触觉产业发展的核心瓶颈——互操作性。未来，随着该标准的逐步推广和产业生态的成熟，我们有理由期待触觉将成为继视、音频之后，媒体内容的“第三大支柱”。展望未来，该标准的发展将呈现以下趋势：1.设备兼容性增强：随着标准被国际主流芯片厂商（如高通、联发科）、操作系统提供商（如苹果、谷歌）以及VR/AR头显厂商采纳，支持标准触觉渲染的硬件将成为标配。2.内容生态爆发：标准的普及将催生大量独立的触觉内容创作工具、社区和平台，用户可以像下载音效包一样，为游戏、影视、教育软件购买或下载标准化的触