GBT 44020-2024 信息技术　计算机图形图像处理和环境数据表示　混合与增强现实中实时人物肖像和实体的表示标准立项发展报告

信息技术计算机图形图像处理和环境数据表示混合与增强现实中实时人物肖像和实体的表示标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—ComputerGraphics,ImageProcessingandEnvironmentalDataRepresentation—RepresentationofReal-TimePortraitsandEntitiesinMixedandAugmentedReality摘要关键词：混合现实；增强现实；人物肖像表示；实体表示；数据互操作；国家标准；实时渲染一、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在全球范围内呈现出爆发式增长态势。据中国信息通信研究院数据，2023年我国虚拟现实产业规模已突破3000亿元，同比增长超过25%，预计到2026年将超过5500亿元。在工业制造、医疗健康、教育培训、文化娱乐、智慧城市等众多领域，MR/AR技术正在从概念验证阶段加速迈向规模化商用阶段。然而，产业快速发展的同时，标准化滞后的矛盾日益凸显。在MR/AR应用场景中，实时人物肖像（如虚拟化身、数字人）和实体（如三维物体、场景元素）的表示方式因厂商而异、因平台而异、因设备而异。不同系统之间缺乏统一的数据交换格式和语义描述规范，导致"数据孤岛"现象严重，跨平台内容复用率低，开发成本居高不下。这一问题已引起国际标准化组织和各国政府的高度重视，ISO/IECJTC1/SC24委员会持续推进计算机图形图像处理及环境数据表示相关国际标准的制定工作。1.2标准制定必要性行业需求迫切。据中国电子技术标准化研究院调研数据显示，超过78%的MR/AR企业在项目开发中遭遇过因数据格式不统一导致的兼容性问题，平均每个项目因此增加约30%的额外开发成本和时间成本。实时人物肖像与实体的高效表示和交换已成为产业界的普遍呼声。政策导向明确。工业和信息化部等五部门联合印发的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》明确提出"完善虚拟现实标准体系，加快基础通用、内容制作、交互交互、互联互通等重点标准研制"的总体要求。本标准的制定正是落实该行动计划的重要举措。国际对标需要。当前，国际标准化组织正在积极推进相关领域的标准化工作，我国需要加快步伐，将自主技术成果转化为标准，提升在国际标准化事务中的话语权和影响力。二、标准编制概况2.1编制背景与任务来源GB/T44020-2024由全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28）提出并归口，按照《国家标准管理办法》和《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》（GB/T1.1-2020）的规定进行编制。标准编制任务列入国家标准化管理委员会年度国家标准制修订计划项目。标准编制组由国内在计算机图形学、虚拟现实、增强现实及人机交互领域具有深厚积累的高校、科研院所和企业共同组成，充分汇聚了产学研用各方力量和智慧。2.2编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）科学性。标准技术内容的确定以充分的科学研究和实验验证为基础，确保技术指标和数据模型设计的合理性与可行性。（2）兼容性。充分考虑与现有国际标准、国家标准和行业标准的衔接配套关系，如表1所示，力求在继承中创新、在兼容中发展。（3）实用性。以产业实际需求为导向，确保标准技术内容能够有效解决行业痛点问题，具有较强的可操作性和可实施性。（4）前瞻性。在满足当前技术发展水平的基础上，为未来技术进步和业态演进留出充分的扩展空间。2.3编制过程标准编制工作历时约两年，经历了预研论证、草案起草、征求意见、技术审查和报批发布等阶段。编制组在前期深入调研了国内外相关技术标准和应用现状，广泛征集了产业链各环节企事业单位的意见和建议，经过多轮专家论证和技术研讨，最终形成标准送审稿。|阶段|主要工作内容|时间节点||:---|:---|:---||预研论证|行业调研、需求分析、可行性论证|2021年Q4—2022年Q2||草案起草|标准框架搭建、技术内容研究、草案编写|2022年Q3—2023年Q1||征求意见|全国范围征求意见、意见汇总处理|2023年Q2—2023年Q3||技术审查|专家评审、技术修改完善|2023年Q4||报批发布|标准报批、国标委审核、批准发布|2024年Q1—Q2|三、标准主要技术内容解析3.1标准范围界定本标准界定了混合与增强现实场景中实时人物肖像和实体表示的数据格式与交换机制，适用于以下应用领域：-虚拟会议与远程协作：实现跨地域多方参会者的虚拟化身高效重建与实时同步，满足音视频通话场景下自然表情和肢体动作的真实再现要求；-智能人机交互：支持数字人、虚拟助手等交互界面的标准化数据表示，保障不同交互终端间的行为一致性；-沉浸式内容制作与分发：规范三维内容创作中的角色与场景数据组织方式，打通内容制作工具链上下游（建模—绑定—动画—渲染—发布）的数据流通环节；-工业数字孪生与人机协同：支撑虚拟空间中操作者化身与机械设备实体的精确对齐和融合显示，保障远程运维和培训场景的可操作性与安全性。3.2规范性引用文件标准规范性引用了多项基础和通用标准，包括：-GB/T5271（所有部分）信息技术词汇-GB/T9387.1信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：基本模型-GB/T36461信息技术手势交互系统-ISO/IEC14496（所有部分）信息技术视听对象编码-ISO/IEC19774信息技术计算机图形和图像处理人形动画（H-Anim）-ISO/IEC19775信息技术计算机图形和图像处理可扩展三维（X3D）组件值得特别关注的是，本标准在技术路线上与ISO/IEC19774（H-Anim）和ISO/IEC19775（X3D）等国际标准保持协调一致，同时在若干关键环节增加了面向实时应用场景的特殊规定，体现了兼顾国际接轨与自主创新的编制思路。3.3关键技术框架对应标准章节设置，关键技术框架涵盖五个维度、四个数据层次，如图1所示：```┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐│应用层（ApplicationLayer）││场景管理·交互逻辑·多用户同步·渲染呈现│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│语义层（SemanticLayer）││语义标注·行为描述·场景语义约束│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│表达层（RepresentationLayer）││几何表达·纹理表达·动画表达│├─────────────────────────────────────────────────────────────┤│基础层（FoundationLayer）││坐标系统·计量单位·时间基准·标识符管理│└─────────────────────────────────────────────────────────────┘五个维度：互操作性·实时性·一致性·可扩展性·安全性```图1标准技术框架层次结构（1）人物肖像表示。标准规定了实时人物肖像的骨骼结构定义、面部特征参数化描述、皮肤与毛发等材质的物理参数表示，以及表情动画和身体动画的数据编码要求。其中，骨骼层次结构兼容H-Anim规范，但在关节自由度的参数化表达上针对实时驱动需求进行了优化；面部表情采用基于FACS（面部动作编码系统）的扩展参数集进行定义，以兼顾精细度与实时性要求。（2）实体表示。对MR/AR场景中的三维实体，标准规定了其几何表示（包括多边形网格、点云、体素等多种形式）、物理属性（质量、摩擦系数、碰撞响应参数等）、行为特征（运动学约束、动力学属性等）、语义标注（分类信息、功能属性、关联关系等）的表示要求。对点云和网格等不同几何表达之间的转换精度和多分辨率分层（LOD）策略也提出了明确的技术要求。（3）实时性等级与性能约束。鉴于MR/AR应用对实时性的严苛要求，标准针对不同应用场景划分了三个实时性等级（高实时等级≥60Hz、中实时等级≥30Hz、准实时等级≥15Hz），并针对每个等级规定了数据压缩率、最大允许延迟、同步误差容限等关键性能指标的基准值。（4）数据交换。标准定义了用于人物肖像和实体数据交换的统一数据封装格式和元数据框架。在编码层面兼容ISO/IEC14496（MPEG-4）中关于3D网格编码（3DMC）和网格动画编码（FAMC）的规范，同时规定了面向Web传输的轻量化编码要求。元数据使用XML和JSON两种语义表达方式，并在扩展机制上通过预留自定义扩展命名空间的方式支持后续版本的功能演进。3.4关键技术亮点（1）模块化表示模型。标准采用分层模块化架构，将人物肖像和实体表示分解为若干独立但又相互关联的功能模块。这种设计使得不同厂商可以在遵循标准总体框架的前提下，根据自身产品定位选择性地实现相应模块，既保证了互操作性，又兼顾了实现的灵活性。（2）跨平台数据互操作机制。标准定义了统一的数据交换格式映射规则，可在不同坐标系（左手系/右手系）、不同计量单位（米制/英制）、不同骨骼命名体系之间实现高保真转换，且给出了坐标变换矩阵的确定性描述方法，避免因浮点数精度问题造成的累积误差。针对多设备协同场景，标准还定义了基于时间戳的增量同步策略和基于优先级的带宽分配机制。（3）多细节层次（LOD）支持。考虑到MR/AR应用中实时渲染性能与视觉质量之间的平衡需求，标准规定了人物肖像和实体数据的多细节层次表示方法，支持根据视距、设备性能和应用需求动态切换不同精细度的数据版本。标准为LOD切换定义了迟滞判定机制，防止因频繁切换造成的视觉抖动。（4）隐私保护机制。标准在附录中给出了实时人物肖像数据在采集、传输和存储过程中的隐私保护建议，包括敏感生物特征信息的匿名化处理要求、人物肖像数据的访问控制机制和授权管理框架。其中重点考虑了面部关键特征点数据、体型测量数据等生物识别信息的脱敏策略，并推荐了相应的加密传输方案。（5）可扩展性设计。标准设计了开放的数据扩展机制，允许用户根据应用需要在兼容标准核心数据模型的前提下，扩展自定义属性描述和扩展数据块，覆盖特定行业（如医疗、航天）的特殊专业属性描述需求。四、主要参与单位介绍4.1中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（CESI，原工业和信息化部电子工业标准化研究院）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是我国电子信息领域标准化工作的国家级核心机构。研究院主要承担电子信息领域的国家标准、行业标准的制修订工作，组织开展标准试验验证、标准符合性检测和认证工作，同时承担ISO/IECJTC1等国际标准化组织国内技术对口单位的职责。在虚拟现实与增强现实标准化领域，中国电子技术标准化研究院具有深厚的技术积累和丰富的标准化工作经验。研究院牵头制定了多项虚拟现实相关国家标准和行业标准，参与编制了工业和信息化部《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》等政策文件，组织建设了虚拟现实标准试验验证平台，为行业提供了权威的标准符合性测试服务。研究院长期担任全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28）秘书处单位，在计算机图形图像处理、人机交互、虚拟现实等领域的标准化工作中发挥着核心组织和引领作用。五、标准实施意义与前景展望5.1产业促进效应分析GB/T44020-2024的发布和实施将对我国MR/AR产业产生深远的积极影响。在技术层面，标准通过统一人物肖像与实体的数据表示规范，有效降低了跨平台、跨设备的内容开发和适配成本。据估算，标准的实施有望使MR/AR内容开发效率提升约35%，跨平台适配成本降低约40%。在产业生态层面，标准将促进形成分工明确、协同高效的产业链体系，有利于培育壮大虚拟现实内容生态，推动形成以大平台为引领、以专业内容开发商为支撑的良性产业格局。5.2国际标准化衔接本标准的发布实施为我国参与相关领域国际标准化工作提供了坚实的技术支撑和实践基础。下一步，我国将以本标准为基础，积极向ISO/IECJTC1/SC24等国际标准化组织输出中国方案和技术经验，推动将我国优势技术和应用实践转化为国际标准，不断提升我国在全球虚拟现实标准化领域的影响力和话语权。5.3后续工作方向标准发布实施后，建议从以下方面开展后续工作：一是组织开展标准的宣贯培训和应用推广，推动重点行业和龙头企业率先实施标准；二是建设标准符合性测试平台，为市场提供权威的标准符合性检测认证服务；三是密切跟踪技术发展趋势和产业应用需求，适时启动标准的修订和扩展工作，逐步完善混合与增强现实标准体系。六、结论参考文献[1]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.GB/T