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）和增强现实（AR）技术在工业制造、医疗健康、教育培训、智慧城市等领域的广泛部署，不同系统间MR/AR内容的互操作性已成为制约产业规模化发展的关键瓶颈。为解决MR/AR内容缺乏统一信息模型、系统间数据交换困难、内容资产难以复用等突出问题，国际标准化组织（ISO）联合国际电工委员会（IEC）发布了ISO/IEC3721:2023《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》。本标准定义了MR/AR内容信息模型的核心对象及其属性，涵盖场景图结构、空间锚定、坐标系定义、时间同步、语义标注、传感器绑定等关键要素，构建了与具体应用场景无关的通用信息表示框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、研制历程、技术框架和核心内容，分析了其对我国MR/AR产业发展的深远影响，并提出了标准应用实施和后续发展的建议。该标准的发布标志着MR/AR内容标准化从碎片化探索迈向体系化建设的新阶段，为构建开放的MR/AR内容生态奠定了重要基础。关键词：混合现实；增强现实；信息模型；核心对象；互操作性；ISO/IEC3721Keywords:MixedReality;AugmentedReality;InformationModel;CoreObjects;Interoperability;ISO/IEC3721一、引言1.1研究背景混合现实（MixedReality,MR）和增强现实（AugmentedReality,AR）技术作为新一代人机交互的重要范式，正在深刻改变人类感知和交互数字信息的方式。据国际数据公司（IDC）预测，全球AR/VR市场支出将在2026年突破500亿美元，年复合增长率超过30%。然而，在产业高速发展的同时，MR/AR内容生态面临一个严峻挑战：缺乏统一的信息模型标准，导致不同平台、不同设备、不同应用之间形成了严重的"数据孤岛"和"生态壁垒"。具体而言，当前MR/AR领域存在以下突出问题：第一，内容格式碎片化严重。各主流MR/AR平台（如MicrosoftHoloLens、AppleVisionPro、MetaQuest、MagicLeap等）均采用各自的内容描述格式和数据封装方案，开发者针对不同平台需要重复开发和适配内容资产，极大增加了开发成本和维护难度。第二，空间数据缺乏统一基准。MR/AR内容的核心特征是将虚拟对象锚定在物理空间中，但不同系统对空间坐标系、锚定方式、尺度基准的定义各不相同，导致跨平台的空间数据共享和协同几乎无法实现。第三，语义信息难以互通。MR/AR内容不仅包含几何和视觉信息，还涉及对象的功能语义、交互语义、环境语义等多层次语义信息，当前缺乏统一的语义描述框架，阻碍了智能化内容理解和管理能力的发展。在此背景下，ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）于2018年正式启动MR/AR内容信息模型国际标准的研制工作，经过近五年的研究和多轮国际协商，最终形成了ISO/IEC3721:2023。1.2标准定位与意义ISO/IEC3721:2023是由ISO/IECJTC1/SC24（计算机图形学、图像处理和环境数据表示分技术委员会）归口管理的国际标准，是我国在MR/AR标准化领域深入参与国际治理的重要成果体现。该标准在国际标准化体系中占据独特的地位——它聚焦于MR/AR内容在信息模型层面的标准化，为MR/AR内容的生产、存储、交换、呈现和交互提供了统一的数据描述框架。本标准的发布和实施具有多重战略意义：-促进互操作性：通过统一核心对象和属性的定义，使不同MR/AR系统能够理解和交换内容信息，打破平台壁垒。-降低产业成本：内容资产的跨平台复用显著降低了开发成本，加速内容和应用的创新迭代。-支撑生态建设：为MR/AR内容的分发、管理和服务提供标准基础，助推开放生态的形成。-引领技术方向：以信息模型为核心切入点，为MR/AR技术的进一步标准化（如API标准化、性能评测标准化等）奠定了方法基础。二、标准研制历程与组织背景2.1研制历程ISO/IEC3721:2023的研制历程体现了国际标准制定的严谨性和协作性。该标准的研制大致经历了以下几个阶段：提案阶段（2018年—2019年）：ISO/IECJTC1/SC24收到关于制定MR/AR内容信息模型国际标准的提案。提案分析了MR/AR领域内容表示标准化的紧迫需求，并提出了初步的技术框架设想。经各成员国投票表决，正式立项为国际标准研制项目（标准项目编号：ISO/IEC3721），指定由SC24/WG9（混合和增强现实标准化工作组）负责研制。起草阶段（2019年—2021年）：工作组系统调研了已有标准和技术成果，包括ISO/IEC14496（MPEG-4）、ISO/IEC19774（H-Anim）、ISO/IEC19775（X3D）、ISO/IEC18038等，广泛吸收各国专家的意见建议。经过多轮工作组草案（WD）和委员会草案（CD）讨论，确定了以"核心对象+属性"为基本框架的标准化方案。中国的相关单位（如北京理工大学、中国电子技术标准化研究院等）深度参与了草案的编制工作。征询意见阶段（2021年—2022年）：标准草案进入征询意见阶段（DIS），面向全体成员国广泛征集意见。各成员国针对核心对象的完备性、属性定义的精确性、与已有标准的衔接方式等提出了大量建设性意见，该阶段累计处理意见数百条。最终批准阶段（2022年—2023年）：根据各成员国意见完成修订后，标准进入最终国际标准草案（FDIS）阶段。2023年，经ISO/IEC全体成员国投票表决正式通过，于2023年9月22日正式发布，标准状态为"现行"。2.2SC24与混合和增强现实标准化工作组介绍ISO/IECJTC1/SC24（计算机图形学、图像处理和环境数据表示分技术委员会）是ISO/IEC联合技术委员会下设的标准化分技术委员会，其工作范围涵盖计算机图形学、虚拟现实、混合现实、增强现实、图像处理和环境数据表示等领域的国际标准化工作。SC24成立于20世纪80年代中期，已发布数十项具有广泛影响力的国际标准，涵盖计算机图形参考模型、图形编码、场景表示等领域。随着MR/AR技术的迅速发展，SC24为了更好地推进该领域的标准化工作，专门成立了WG9工作组（混合和增强现实标准化工作组），由来自中国、美国、韩国、德国、日本、法国等多个国家的专家组成，重点关注MR/AR的参考架构、信息模型、交互接口和评测方法等标准化议题。WG9的成立是ISO层面MR/AR标准化进入系统化阶段的重要标志，而ISO/IEC3721:2023正是WG9成立后取得的首批重要成果之一。三、标准主要内容解析3.1标准范围与适用场景ISO/IEC3721:2023规定了MR/AR内容信息模型中核心对象及其属性的定义和描述方法。该标准适用于以下场景：-MR/AR内容的生产制作系统（内容创作工具、3D建模软件、场景编辑平台等）-MR/AR内容的存储管理系统（内容资产库、云服务平台等）-MR/AR内容的交换和分发系统（内容市场、数据传输服务等）-MR/AR内容的呈现和执行系统（头戴式显示器、移动设备、智能眼镜等）-MR/AR内容的测试评估系统（一致性测试、质量评估等）标准中定义的信息模型在技术上与具体应用领域无关，但可在需要时通过标准定义的标准扩展机制进行领域特定的扩展。3.2信息模型设计原则ISO/IEC3721:2023中的信息模型遵循以下设计原则：（1）抽象性原则：信息模型聚焦于MR/AR内容的抽象数据结构，不绑定任何特定的编程语言、文件格式或硬件平台，以最大程度地保证标准的普遍适用性。（2）完备性原则：信息模型覆盖了MR/AR内容从空间表示、视觉呈现到语义描述、交互行为的全部关键维度，各核心对象之间通过明确的关联关系构成有机整体。（3）可扩展性原则：信息模型提供标准定义的扩展机制，允许不同领域或应用在保持核心模型一致性的前提下增加领域特定的对象和属性。（4）兼容性原则：信息模型充分考虑了与已有国际标准（如ISO/IEC19775X3D、ISO/IEC14496MPEG-4、ISO/IEC18038等）的衔接和映射，避免产生新的"信息孤岛"。3.3核心对象构成ISO/IEC3721:2023中定义的信息模型核心对象体系涵盖以下主要对象类别：（1）场景对象（SceneObject）：场景对象是MR/AR内容世界的基本组织单元，代表一个具有独立语义内容的虚拟实体。场景对象具有层次化组织结构，构成场景图的核心骨架。（2）空间锚定对象（SpatialAnchorObject）：空间锚定对象用于将虚拟内容稳定地关联到物理空间中的特定位置和姿态。该对象定义了空间锚定的位置表示（如经纬度坐标、局部空间坐标、六自由度位姿等）、锚定类型（如平面锚定、图像锚定、地理锚定、手部锚定等）和锚定属性（如稳定性、持久性、可跟踪性等）。（3）场景图对象（SceneGraphObject）：场景图对象定义了MR/AR内容的层次化组织结构，包括节点（Node）的组合方式、变换层级、渲染顺序等。（4）环境映射对象（EnvironmentMappingObject）：环境映射对象描述了MR/AR内容周围的物理环境信息，包括光照估计、遮挡关系、平面和网格重建等。（5）交互对象（InteractionObject）：交互对象定义了MR/AR内容中可交互元素的交互行为逻辑，包括手势识别、空间输入映射等。（6）空间坐标系对象（SpatialCoordinateSystemObject）：空间坐标系对象定义了MR/AR内容的坐标参考体系，包括坐标系的类型、原点定义、轴方向约定、度量单位等。（7）时间同步对象（TimeSynchronizationObject）：时间同步对象定义了MR/AR内容的时序模型和时间同步机制，确保虚拟内容与真实环境的时序一致性。（8）语义标注对象（SemanticAnnotationObject）：语义标注对象提供了对MR/AR内容进行语义描述的统一机制，通过标准的语义标注方式，使MR/AR内容能够被更智能化地管理、检索和复用。（9）视觉呈现对象（VisualPresentationObject）：视觉呈现对象定义了MR/AR内容中视觉呈现相关的信息，包括材质属性、光照模型、渲染参数、LOD（多细节层次）策略等。（10）传感器对象与跟踪对象（SensorandTrackingObject）：传感器对象和跟踪对象描述了MR/AR系统所依赖的传感器配置和跟踪定位机制。3.4关键技术要点（1）对象属性描述框架：每一个核心对象均配备一套标准化的属性定义。属性按照类别划分为：标识属性、几何属性、空间属性、语义属性、时序属性、交互属性和管理属性。每个属性均定义了其数据类型、取值范围（如适用）、默认值（如适用）、单位及精度要求。（2）扩展机制：标准规定了两种扩展方式——基于属性扩展的轻量级扩展和基于对象继承的重型扩展。前者通过自定义属性集实现特定领域的需求适配；后者通过继承标准对象并添加新对象实现更复杂的扩展。四、主要起草单位介绍4.1核心参与单位——中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（英文简称CESI）是ISO/IECJTC1/SC24的国内技术对口单位，是我国在MR/AR国际标准化领域的重要参与者。CESI在ISO/IEC3721:2023的研制过程中，承担了以下关键工作：-牵头组织国内相关企事业单位和科研院所，组建了专业的标准研制专家组；-深度参与了信息模型中场景对象、空间锚定对象、语义标注对象等核心对象的技术方案设计；-协调国内测试验证工作，在多个典型应用场景中进行了信息模型的适用性验证。CESI后续将继续组织ISO/IEC3721:2023的翻译转化工作，推动该标准在我国的本土化应用。五、标准应用价值与产业发展影响5.1在智能制造领域在工业制造场景中，MR/AR技术被广泛用于设备巡检、装配指导、远程协作和培训等环节。ISO/IEC3721:2023的统一信息模型使不同厂商的MR/AR设备能够无缝对接企业的产品数据管理（PDM/PLM）系统和物联网数据平台，实现从设计数据到AR呈现的"一次建模、多端呈现"，有效提升了工业场景中MR/AR应用的部署效率和可维护性。5.2在智慧城市建设中的应用智慧城市中数字孪生、城市信息模型（CIM）等建设迫切需要多源异构数据的融合与呈现。ISO/IEC3721:2023的空间锚定对象和坐标系定义能力，为城市级地理空间数据与MR/AR内容之间的融合提供了标准化的桥梁，为应急指挥、城市规划、文化旅游等应用场景中的增强现实呈现提供了数据互通基础。5.3在医疗健康领域的应用前景在手术导航、医学教学和康复训练等医疗场景中，MR/AR内容往往涉及精细的空间注册和严格的安全要求。信息模型在时间同步、空间精度、传感器融合等方面提供了标准化支撑，有利于建立医疗级MR/AR应用的规范化验证体系，对推动MR/AR技术在医疗领域的合规应用具有重要意义。5.4对产业生态的重塑作用ISO/IEC3721:2023的实施将从以下几个层面重塑MR/AR产业生态：-内容供给侧：内容开发从"平台适配"转向"标准适配"，一次开发即可跨平台分发，大幅降低内容生产成本；-平台侧：平台间的差异将从"数据格式竞争"转向"服务质量竞争"，促使各平台在渲染质量、交互体验、开发者服务等方面展开良性竞争；-用户侧：用户可跨平台使用和迁移MR/AR内容资产，获得更加开放和一致的使用体验；-监管侧：统一的信息模型为标准符合性测试和认证体系建设提供了技术基础，有利于建立健康的产业秩序。六、我国需关注的问题与对策建议6.1面临的挑战（1）标准转化滞后风险：从国际标准到国家标准（采用IDT或MOD方式）的转化通常需要1-2年的时间，在技术快速演进的背景下，转化周期过长可能导致标准滞后于产业需求。（2）产业应用牵引不足：部分国内MR/AR企业仍以单一平台开发为主，对跨平台标准互操作的需求意识有待增强。（3）与国内标准体系的衔接有待加强：国内已有部分MR/AR相关标准（如虚拟人体数据交换格式等），与ISO/IEC3721:2023之间的关系需要梳理和协调，避免标准间的重复或冲突。（4）核心技术验证积累不足：在标准核心技术内容的实际应用中，中文语境的适配、本地化应用场景的验证、自主核心技术的融入等方面仍需要进一步加强研究和验证。6.2对策建议（1）加速标准转化与落地：建议国内相关标准化技术委员会尽快启动ISO/IEC3721:2023的转化工作，同步开展标准宣贯培训，引导国内企业率先在旗舰产品中实现标准落地。（2）构建标准验证环境：依托标准化机构，联合龙头企业建设MR/AR信息模型一致性测试验证环境，推动标准符合性认证体系建设。（3）深化国际合作：积极参与SC24/WG9后续标准项目的研制工作，在国际标准制定中融入中国技术和中国方案，提升我国在MR/AR国际标准化领域的话语权。（4）完善标准化体系：以ISO/IEC3721:2023为基准，统筹国内MR/AR标准化工作，构建涵盖基础通用、内容表示、交互接口、安全隐私、评测方法等维度的系统化标准体系。七、结论与展望ISO/IEC3721:2023《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》是国际标准化组织在MR/AR内容标准化领域取得的里程碑式成果。该标准以其精心的信息模型设计，构建了一套完整、一致、可扩展的MR/AR内容核心对象体系，为MR/AR内容的创建、管理、交换与呈现提供了统一的技术底座。从更宏观的视角来看