ISOIEC 37212023 信息技术计算机图形学、图像处理和环境数据表示混合和增强现实内容的信息模型核心对象和属性标准立项发展报告

信息技术计算机图形学、图像处理和环境数据表示混合和增强现实内容的信息模型核心对象和属性标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—ComputerGraphics,ImageProcessingandEnvironmentalDataRepresentation—InformationModelforMixedandAugmentedRealityContent—CoreObjectsandAttributes摘要随着混合现实（MR）与增强现实（AR）技术在工业制造、智慧医疗、教育培训、文化娱乐及国防军事等领域的深度应用，跨平台、跨系统的内容互操作性与数据一致性已成为制约产业规模化发展的关键瓶颈。为应对这一挑战，国际标准化组织（ISO）于2023年9月22日正式发布了ISO/IEC3721:2023标准，该标准隶属于计算机图形、图像处理及环境数据表示技术领域，旨在规范混合与增强现实内容的信息模型及其核心对象和属性定义。本标准通过对MR/AR内容中场景对象、空间锚点、虚拟实体、交互行为及环境语义等核心要素的统一建模，构建了独立于底层硬件与开发框架的抽象信息表达层，为内容的创建、存储、传输、解析与呈现提供了标准化技术基准。本报告系统梳理了ISO/IEC3721:2023的立项背景、编制历程、关键技术内容及其应用价值，深入剖析了该标准在国际标准化组织联合技术委员会（ISO/IECJTC1）框架下的协调研制机制，并对标准未来在数字孪生、空间计算及人工智能融合等方向的演进趋势进行了展望。分析表明，该标准的实施将显著降低AR/VR内容开发的技术壁垒，促进产业链上下游的协同创新，为构建开放、兼容、可持续的沉浸式技术生态奠定重要基础。关键词：混合现实；增强现实；信息模型；核心对象；互操作性；国际标准Keywords:MixedReality;AugmentedReality;InformationModel;CoreObjects;Interoperability;InternationalStandard一、引言1.1研究背景近年来，以混合现实（MixedReality,MR）和增强现实（AugmentedReality,AR）为代表的沉浸式技术取得了突飞猛进的发展。从智能眼镜到移动终端的AR应用，从工业维修辅助到远程医疗协作，AR/MR技术正迅速从实验室走向行业化规模部署。据国际数据公司（IDC）预测，全球AR/VR市场支出将在2026年达到507亿美元，年复合增长率高达32.3%。然而，伴随着应用场景的不断拓展，一个深层次的技术挑战日益凸显——即不同平台、不同设备、不同开发框架之间的内容格式碎片化问题。同一份三维场景内容，在MicrosoftHoloLens、AppleVisionPro、MagicLeap及各类移动端AR平台上往往需要重复开发，数据格式互不兼容，严重制约了内容资产的复用效率和产业生态的健康发展。1.2标准化需求分析从技术层面看，AR/MR内容的创建涉及三维几何建模、空间映射、光照估计、传感器融合、交互设计等多个技术环节，其信息表达涉及多层次、多模态的数据组织。现有三维图形标准（如OpenGL、Vulkan及ISO/IEC14496系列）主要关注底层的渲染管线与数据压缩，而对于AR/MR应用所特有的空间锚定、虚实注册、环境理解及语义标注等高层信息缺乏统一的描述框架。与此同时，WebXR、OpenXR等行业规范虽然在一定程度上缓解了API层面的碎片化问题，但均未提供独立于实现的信息模型抽象层，难以满足跨系统内容交换与长期存档的需求。因此，在世界范围内制定统一的AR/MR内容信息模型标准，已成为产业界的普遍共识和迫切需求。二、标准立项背景与编制历程2.1国际标准化组织架构与工作轨道ISO/IEC3721:2023由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合技术委员会ISO/IECJTC1（信息技术委员会）下属的第24分技术委员会SC24（计算机图形、图像处理和环境数据表示）负责制定。SC24的标准化工作范围涵盖计算机图形学、虚拟现实、增强现实、混合现实、图像处理以及环境数据的交互与表示，其工作成果为全球计算机图形及交互技术领域的基础性标准提供了重要支撑。SC24的早期标准化工作可追溯至二十世纪八十年代，其先后制定了计算机图形参考模型（CGRM，ISO/IEC11072）、图形核心系统（GKS，ISO/IEC7942）及程序员的层次式交互图形系统（PHIGS，ISO/IEC9592）等经典标准。进入二十一世纪，SC24的工作重点逐步向三维图形、虚拟/增强现实及混合现实方向延伸，先后发布了ISO/IEC19774（H-Anim人体动画）、ISO/IEC19775（X3D）及ISO/IEC18038等标准，为三维场景描述和人机交互提供了规范性技术框架。2.2立项动议与前期研究ISO/IEC3721的正式立项可追溯至2019年前后。彼时，多家国际龙头企业及科研机构在ISO/IECJTC1/SC24会议上提出了关于AR/MR内容互操作性的新工作项目建议（NWIP）。在当时的技术讨论中，各方普遍认识到：尽管X3D等既有标准能够描述静态三维场景，但对于AR/MR应用所涉及的空间锚定（SpatialAnchor）、环境映射（EnvironmentMapping）、实时注册（Real-timeRegistration）及用户交互等动态特性缺乏充分覆盖。因此，有必要在SC24框架下建立一个新的标准项目，专门定义AR/MR内容的核心信息模型。新工作项目建议在SC24内部经过多轮技术研讨和意见征询后获得通过，并于2020年正式注册为工作组草案（WD）。项目编号确定为ISO/IEC3721，编制工作由SC24下设的AR/MR信息模型编辑团队负责推进。2.3编制过程中的关键议题与协调在标准编制过程中，编辑团队面临着若干关键的技术议题。第一是关于核心对象粒度的界定，即信息模型中应包含哪些最小粒度的数据实体，才能既保证表达完备性，又不至于过度设计而影响实现效率。第二是空间参考系的统一问题，AR/MR内容需要在不同的空间坐标系之间进行转换，标准需要对全局坐标系、局部坐标系及锚定坐标系之间的关系做出明确规范。第三是与其他标准的衔接问题，ISO/IEC3721需要与已有的场景描述标准（如X3D）、感知交互标准（如ISO/IEC18039）以及正在制定中的相关标准保持协调一致。在上述议题的讨论中，各国专家提出了丰富多样的技术方案，编辑团队经历了多轮投票与修改，先后完成了委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）及最终国际标准草案（FDIS）各阶段的工作。2023年年中，ISO/IEC3721顺利通过FDIS投票，进入正式发布程序。2.4正式发布经过三年多的共同努力，ISO/IEC3721:2023于2023年9月22日由ISO正式发布，标准状态为现行（Active），语言为英语，文件格式为电子版加密PDF。该标准的发布标志着AR/MR内容信息模型标准化工作进入了一个全新的发展阶段。三、标准主要内容解析3.1标准定位与适用范围ISO/IEC3721:2023定位于AR/MR内容信息的通用抽象描述层，其适用范围包括但不限于：AR/MR应用的内容创建与编辑系统、内容管理平台、跨平台内容转换引擎及内容存档与检索系统。该标准不限定具体的硬件平台和软件实现技术，亦不规定具体的数据编码格式或传输协议，而是致力于提供独立于实现的信息模型规范。这一设计哲学使得该标准具有最大限度的普适性和可扩展性。3.2核心对象体系标准的核心内容在于定义AR/MR内容中涉及的一组核心对象（CoreObjects）。这些对象涵盖了从静态场景描述到动态交互行为的完整信息维度。具体而言，核心对象体系大致包括以下类别。场景图对象与空间结构对象用于描述AR/MR环境中的场景层次结构和空间语义关系，涉及虚拟物体在真实环境中的摆放位置、朝向及比例关系，以及环境本身的平面、立面、封闭空间等结构性要素。跟踪与注册对象用于描述设备位姿追踪、基准标记（Marker）识别、视觉惯性里程计（VIO）等传感器信息，以及这些信息与虚拟内容之间的空间注册关系。表现与渲染对象覆盖材质属性、光照条件、阴影参数、纹理映射等与视觉呈现质量密切相关的数据项。交互与行为对象则定义了用户手势、凝视、语音等交互输入方式与虚拟对象的响应映射关系。语义与元数据对象涉及环境中实体对象的语义类别标签、功能属性描述以及业务逻辑关联等高层信息。通过上述各类对象的协同作用，ISO/IEC3721:2023构建了一个能够较为全面地描述AR/MR内容信息的系统化对象体系。3.3关键属性定义在核心对象的基础上，标准为每一类对象定义了若干关键属性（Attributes），用以精确表达对象的状态特征和语义含义。例如，空间锚定对象需要包含锚点标识符、锚点坐标、锚点置信度及锚点生命周期等属性；虚拟实体对象需要包含几何引用、材质引用、位姿参数、可见性状态及物理属性（如碰撞体积、质量等）等属性。这些属性的规范化定义，为不同系统之间的数据交换提供了清晰的语义契约。3.4一致性要求为保证标准的可实施性和互操作效果，ISO/IEC3721:2023规定了一致性（Conformance）的总体框架。标准将一致性分为若干级别，不同级别的实现需要满足不同的对象覆盖范围和属性支持要求。通过分级一致性设计，标准既保证了核心信息模型的统一性，又为轻量级实现和全功能实现提供了差异化路径，增强了标准的适用弹性。四、标准的技术特征与创新性分析4.1平台无关性设计ISO/IEC3721:2023在信息模型设计上坚持平台无关性原则。该标准的核心对象体系采用了抽象化的建模方法，不依赖任何特定厂商的SDK、API或文件格式。这意味着无论是基于iOS的ARKit开发的应用，还是基于Android的ARCore或基于Windows的MixedRealityToolkit开发的应用，均可按照本标准的信息模型进行内容表达和数据交换。这一特征对于打破平台壁垒、促进内容资产跨平台流动具有重要的实践意义。4.2可扩展架构考虑到AR/MR技术仍处于快速发展期，新应用形态和新交互范式不断涌现，标准在对象模型设计中预设了充分的扩展空间。通过定义扩展对象基类和扩展属性字典机制，标准允许不同行业或不同应用领域在遵循核心模型的基础上，自定义领域专属的对象类型和属性项。这种“核心统一＋领域扩展”的架构模式有效兼顾了标准化与灵活性的双重需求。4.3与其他ISO标准的协同性ISO/IEC3721:2023在编制过程中充分考虑了与SC24体系内其他标准的衔接与协调。在场景描述层面，该标准与ISO/IEC19775（X3D）保持兼容关系，可将X3D场景图作为虚拟实体对象的几何内容来源；在人体动画层面，与ISO/IEC19774（H-Anim）形成互补；在与感知交互相关的标准层面，亦与ISO/IEC18038等保持了概念的一致性。这种协同性使ISO/IEC3721能够有机地嵌入现有的国际标准生态体系中，充分发挥标准的组合效应。五、主要编制单位与机构介绍ISO/IEC3721:2023的编制汇聚了来自全球多个国家的标准化专家和产业界代表，体现了广泛的国际合作与协调。在众多参与力量中，德国标准化协会（DIN）下属的信息技术标准化委员会及其派出专家团队在该标准的编制过程中发挥了尤为突出的组织协调与技术引领作用。德国在工业制造和信息通信技术领域具有较强的国际竞争力，其工业4.0战略对AR/MR技术在智能制造中的标准化需求十分迫切。在ISO/IEC3721的编制过程中，德国专家团队在核心对象体系的架构设计、空间参考系定义以及工业应用场景的需求建模等方面提出了多项重要技术提案。德国团队特别强调了AR/MR内容信息模型在工业维修、装配引导、质量检测等典型场景中的实用性和可操作性，推动了标准内容从纯学术性描述向工程化规范的方向发展。此外，德国团队还积极协调了欧盟范围内多个成员国在AR/MR标准化议题上的立场，促进了欧洲区域在SC24框架内的统一发声。除了德国团队外，来自美国、日本、韩国、中国等国家的专家同样贡献了重要力量，特别是在移动端AR应用场景、文化遗产生态保护及标准化测试验证等方面的需求输入。各方的协同努力共同保障了该标准的权威性和国际适用性。六、标准实施的应用价值与影响分析6.1对产业界的价值ISO/IEC3721:2023的实施对于AR/MR产业链各环节均具有重要的价值。对于内容开发工具提供商而言，该标准为统一的AR/MR内容导出与导入接口提供了规范依据，可以有效降低多平台适配的工程量。对于应用开发商而言，遵循该标准开发的内容资产可以实现跨平台的平滑迁移，显著提升内容资产的生命周期价值。对于行业用户而言，标准化的信息模型有助于建立企业级AR/MR内容资产管理体系，保障数字资产的可控性和可审计性。6.2对技术生态的影响从更宏观的视角来看，ISO/IEC3721:2023对于构建开放、健康的AR/MR技术生态具有深远影响。它为不同厂商、不同平台之间的内容互通提供了共同的“语言”，有助于避免生态割裂。同时，该标准与数字孪生、建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）等领域标准的衔接，也为AR/MR技术与更多行业应用的深度融合创造了条件。6.3实施建议对于拟采用该标准的企业和机构，建议在实施过程中注意以下几点：一是应结合自身业务场景进行标准适用性分析，明确需要支持的核心对象范围；二是应针对现有开发流程进行差距分析，识别现有的内容格式与标准信息模型之间的映射关系；三是应注重相关技术人员的标准培训，建立对标准信息模型的深入理解；四是在条件允许的情况下，应积极参与标准后续修订和扩展的研讨，将行业需求及时反馈至标准化层面。七、结论与展望ISO/IEC3721:2023的正式发布是混合现实与增强现实技术标准化进程中的一个重要里程碑。该标准通过构建独立于底层实现的核心信息模型，为AR/MR内容的创建、管理和交换提供了统一的技术框架，有效回应了产业界长期面临的内容互操作性难题。标准的发布不仅有助于降低AR/MR应用开发的技术门槛和成本，更将为构建开放兼容的沉浸式技术生态提供关键的基础性支撑。展望未来，随着空间计算、数字孪生及人工智能技术的快速发展，AR/MR内容信息模型将面临更多的扩展需求。例如，在人工智能深度融入AR/MR应用的背景下，如何将语义理解结果、智能体行为模型纳入信息模型框架，将是下一阶段标准化工作的重要方向。此外，随着5G/6G网络的普及，云化AR/MR渲染与流式传输场景也对信息模型的实时性与动态性提出了新的要求。可以预见，在ISO/IECJTC1/SC24的持续推动下，ISO/IEC3721系列标准将不断演进和完善，为全球沉浸式技术产业的健康发展持续提供标准引领和制度保障。参考文献[1]ISO/IEC3721:2023,Informationtechnology—Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation—Informationmodelformixedandaugmentedrealitycontent—Coreobjectsandattributes[S].Geneva:ISO/IEC,2023.[2]ISO/IECJTC1/SC24,BusinessPlanforISO/IECJTC1/SC24:Computergraphics,imageprocessingandenvironment