ISOIEC 234882022 信息技术.计算机图形学 图像处理和环境数据表示.虚拟混合和增强现实（VRMAR）中基于图像渲染的对象环境表示标准立项发展报告

信息技术计算机图形学图像处理和环境数据表示虚拟/混合和增强现实（VR/MAR）中基于图像渲染的对象/环境表示标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—ComputerGraphics,ImageProcessingandEnvironmentDataRepresentation—Object/EnvironmentalRepresentationforImage-BasedRenderinginVirtual/MixedandAugmentedReality(VR/MAR)摘要关键词：虚拟现实；增强现实；混合现实；基于图像渲染；对象表示；环境表示；数据互操作；国际标准AbstractWiththerapidadvancementofvirtualreality(VR),mixedreality(MR),andaugmentedreality(AR)technologies,photorealisticrenderingandinteractiveexperiencesinthree-dimensionalsceneshavebecomeresearchhotspotsinthefieldofinformationtechnology.Image-BasedRendering(IBR)technologyhasattractedconsiderableattentionforitscapabilitytodeliverhigh-qualityandefficientvisualpresentationincomplexscenes.However,theabsenceofunifiedstandardsforobjectandenvironmentdatarepresentationhaslonghinderedinteroperabilityacrossdifferentsystems,significantlyconstrainingtechnologicaldeploymentandindustrialintegration.Againstthisbackdrop,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)andtheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)jointlyreleasedtheISO/IEC23488:2022standard.Thisstandardspecifiesthegeneraldataframework,semanticdefinitions,andencodingrequirementsforimage-basedrenderingobjectandenvironmentrepresentationinVR/MARenvironments,providinganauthoritativetechnicalbasisfor3Dsceneconstruction,real-timerendering,andcross-platformdataexchange.Thisreportsystematicallyelaboratesontheprojectbackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,majorparticipatingorganizations,andindustrialapplicationprospects.ThereportconcludesthatthereleaseofISO/IEC23488:2022fillsthegapindatarepresentationstandardsforimage-basedrenderingintheVR/MARdomainandrepresentsamilestoneinadvancingthestandardizationofimmersivetechnologiesandpromotingupstream-downstreamindustrialcollaboration.Keywords:VirtualReality;AugmentedReality;MixedReality;Image-BasedRendering;ObjectRepresentation;EnvironmentRepresentation;DataInteroperability;InternationalStandard一、引言1.1立项背景IBR技术能够有效规避传统三维建模中复杂的几何重建和材质模拟过程，尤其适用于大规模、高复杂度场景的实时渲染需求。然而，IBR技术的广泛应用面临着一个根本性挑战：不同系统、不同平台之间缺乏统一的"对象与环境表示"规范。具体而言：-不同厂商的VR/MAR设备采用各自的场景数据格式，数据无法互通；-IBR数据的采集、存储、传输和渲染各环节缺乏统一编码标准；-三维对象的位置、方向、尺度、语义标注等信息无统一的描述框架；-多源数据的融合与协同渲染难以实现，制约了大规模分布式应用的发展。在此背景下，国际标准化组织意识到迫切需要制定一项专门针对VR/MAR环境中基于图像渲染的对象与环境表示的国际标准。这一需求与全球扩展现实（XR）产业爆发式增长的趋势高度契合，也与各主要经济体推动沉浸式技术标准化的工作方向一致。1.2标准基本信息本标准的标准编号为ISO/IEC23488:2022，标准全称为"信息技术计算机图形学图像处理和环境数据表示虚拟/混合和增强现实（VR/MAR）中基于图像渲染的对象/环境表示"（英文全称：Informationtechnology—Computergraphics,imageprocessingandenvironmentdatarepresentation—Object/environmentalrepresentationforimage-basedrenderinginvirtual/mixedandaugmentedreality(VR/MAR)）。该标准由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布，发布日期为2022年5月5日，标准状态为现行有效。根据国际标准分类法（ICS），该标准的分类号为计算机图形技术类。1.3编制过程概述ISO/IEC23488:2022的编制过程遵循ISO/IECJTC1（联合技术委员会）的标准制定程序。该标准由JTC1下属的SC24分技术委员会（计算机图形、图像处理和环境数据表示分技术委员会）负责研制。SC24委员会长期致力于计算机图形、图像处理、虚拟环境以及环境数据表示等领域的国际标准化工作，已发布多项具有广泛影响力的国际标准。在标准编制过程中，来自中国、美国、德国、日本、韩国、法国等多个国家的专家积极参与，历经多轮草案讨论、技术评审和投票表决，最终于2022年正式发布。中国作为VR/MAR技术研发和应用的重要国家，在该标准的制定过程中发挥了积极作用。二、标准立项的必要性与紧迫性2.1VR/MAR产业化发展的迫切需要自2020年以来，全球VR/MAR产业进入加速增长期。根据行业统计数据显示，2022年全球AR/VR头显出货量持续增长，元宇宙概念的兴起更是将VR/MAR技术推向了产业风口。然而，产业快速发展的同时，标准缺失的问题日益凸显——尤其是场景数据表示标准的不统一导致的"数据孤岛"现象严重制约了跨平台、跨领域的协作应用。在实际应用中，一个典型的VR培训系统可能需要同时使用来自不同供应商的三维模型库、全景视频素材和实时传感器数据，这些数据往往采用不同的格式和语义，导致系统集成的复杂度急剧上升。ISO/IEC23488:2022的制定正是为了消解这一瓶颈，通过提供统一的对象与环境表示框架，实现数据的标准化描述和高效交换。2.2现有标准的不足与空白在国际标准化领域，与VR/MAR相关的标准分布较为分散，缺乏专门针对基于图像渲染的对象与环境数据表示的统一定义。已有的相关标准主要包括：ISO/IEC14496（MPEG-4）系列中关于3D场景编码的部分、ISO/IEC19774（H-Anim）中关于虚拟人表示的标准，以及ISO/IEC18038等关于传感器表示的标准。然而，这些标准在如下几个维度上均无法充分满足IBR技术的需求：1.覆盖范围有限：现有标准主要面向基于几何模型的三维场景，对于基于图像的渲染数据（如光场数据、深度图像序列、全景视频等）的表示规范涉及较少。2.语义层次不足：对象与环境的高层语义定义（如功能属性、交互规则等）在现有标准中描述不够系统。3.互操作性缺陷：不同标准体系之间的数据映射和兼容机制不完善，难以支撑跨标准的数据流通。ISO/IEC23488:2022正是在上述标准化空白的背景下启动制定，以"基于图像渲染"为核心场景，构建完整、系统的对象与环境表示规范。三、标准主要内容解析ISO/IEC23488:2022标准为VR/MAR环境中的基于图像渲染技术提供了一套全面而系统的对象与环境表示规范。以下为该标准核心内容的详细解析：3.1标准框架与适用范围ISO/IEC23488:2022适用于VR/MAR应用场景中基于图像渲染技术的各类对象和环境数据表示，包括但不限于：静态场景的三维重建数据、动态场景的时序图像数据、全景图像/视频数据、光场数据以及融合了传感器信息的多模态场景数据。该标准定义的表示框架适用于数据采集端到渲染端的全链路，为VR/MAR系统的设计、开发和集成提供了统一的参考模型。3.2对象表示规范标准中定义的对象（Object）是指VR/MAR环境中可被独立识别和操作的实体，既包括物理世界中的真实物体（如家具、建筑、人体等），也包括纯虚拟构造的数字对象。对象表示规范涵盖以下关键维度：-几何属性：对象的三维几何形状、位置、姿态及尺度等信息。-外观属性：纹理信息、反射特性、透明度和颜色等视觉特征参数。-语义信息：对象的功能类别、属性标签以及与其他对象的逻辑关系。-交互行为：在VR/MAR环境中对象支持的交互方式和行为规则。-动态属性：对象随时间变化的参数描述，如变形、位移等。3.3环境表示规范环境（Environment）在标准中被定义为包含多个对象及其空间关系的整体场景描述。环境表示规范主要包括：-空间结构：场景的坐标系定义、尺度基准和空间拓扑关系。-光照模型：环境光源的类型、位置、强度和光谱分布等信息。-传感器集成：与虚拟环境同步的物理传感器空间配置和数据映射规则。-LOD层次管理：多细节层次描述及其切换机制。3.4数据编码与交换为实现在异构系统间的数据流转，标准规定了对象与环境数据的编码方法和交换格式，具体包括：-数据包的结构化组织方式和通用编码规则；-纹理图像、深度信息等各类媒体的编码约束；-针对不同应用场景的编码配置参数（profile）定义；-数据流接口定义和底层传输适配原则。3.5一致性测试标准亦明确了一致性测试（ConformanceTesting）的相关要求，规定了验证实现是否符合标准的测试方法和评估准则，确保不同厂商的系统和设备能够在统一框架下进行有效协作。四、主要参编单位介绍ISO/IEC23488:2022的编制汇聚了全球多个国家的标准化机构和行业领先企业。其中，中国电子技术标准化研究院（CESI）作为中国在该标准制定过程中的核心参与单位之一，发挥了重要的技术支撑和组织协调作用。中国电子技术标准化研究院（ChinaElectronicsStandardizationInstitute，简称CESI）创建于1963年，是工业和信息化部直属的事业单位，也是中国电子信息技术领域唯一的国家级标准化专业机构。CESI长期从事电子信息领域的标准化研究工作，是ISO/IECJTC1的国内技术对口单位，承担着组织中国专家参与国际标准制定的重要职责。在ISO/IEC23488:2022的编制过程中，CESI的主要贡献包括：组织国内VR/MAR领域的产学研用单位成立标准工作组，系统梳理国内基于图像渲染技术的研究成果和产业需求；组织中国专家代表团参加SC24的历次会议，提交中国提案和修改意见；牵头开展标准草案的国内试验验证工作，在多个典型应用场景中验证标准技术内容的可行性与适用性。CESI在计算机图形、虚拟现实和人机交互等领域的标准研究方面具有深厚的积累，先后牵头制定了多项国家标准和行业标准，为中国虚拟现实产业的规范化发展奠定了坚实基础。通过参与ISO/IEC23488:2022的制定，CESI不仅将中国在该领域的技术实践和产业需求有效融入国际标准，也为国内VR/MAR企业更好地理解和应用国际标准提供了有力支撑。五、标准的意义与应用前景5.1对产业发展的推动作用ISO/IEC23488:2022的发布对VR/MAR产业具有多重积极意义：1.打破数据孤岛：标准为不同厂商和平台之间的场景数据交换提供了统一的语言，有助于建立开放的产业生态。2.降低开发成本：开发者无需针对不同平台分别适配数据格式，大幅降低开发复杂度和成本。4.促进内容资产流通：标准化的对象与环境数据可以作为可复用的数字资产在市场流通，促进内容产业链的形成与发展。5.2在多领域的应用前景ISO/IEC23488:2022的应用前景广阔，覆盖多个重要行业领域：-智能制造：在产品设计评审、虚拟装配和工厂数字化等应用中，标准化的场景数据表示可实现设计与制造环节的数据无缝流转。-医疗健康：在医学影像三维可视化、手术规划和康复训练等场景中，统一的数据表示有助于多模态医学数据的融合呈现。-教育培训：在虚拟仿真实验、沉浸式课堂和职业培训等领域，标准为构建可共享、可复用的三维教学资源提供了基础。-文化遗产保护：对文物和古迹的三维数字化记录需要长期保存和跨系统展示，标准化表示是数字文化遗产可持续利用的保障。-智慧城市：在城市级数字孪生场景中，大规模三维环境数据的统一组织与表示是实现跨部门协同治理的技术基础。-元宇宙构建：面向元宇宙等虚拟共享空间的未来演进，标准为虚拟对象在不同虚拟世界之间的迁移和互认准备了关键条件。5.3与其他标准的协同ISO/IEC23488:2022并非孤立存在，它与一系列相关标准形成了相互支撑的标准体系。在具体实施中，该标准与以下标准的协同尤为重要：与ISO/IEC14496系列（MPEG-4）的3D场景编码衔接形成从表示到编码的完整技术链条；与ISO/IEC19774（H-Anim）在虚拟人对象表示层面形成互补；与ISO/IEC18038在传感器信息整合层面共同支撑多模态融合场景。这种协同关系要求标准使用者具备系统性的标准应用视野，在实际项目中构建完整的技术解决方案。六、结论与展望ISO/IEC23488:2022作为国际标准化组织在VR/MAR领域基于图像渲染的对象与环境数据表示方面发布的首项国际标准，标志着沉浸式技术标准化工作迈出了关键一步。该标准通过定义统一的对象与环境表示框架、数据编码规范及一致性测试方法，有效解决了长期以来制约行业发展的数据互操作性问题，为VR/MAR技术在更广泛领域的产业化应用奠定了坚实的技术基础。展望未来，随着VR/MAR技术的持续演进和应用场景的不断扩展，该标准将面临持续的修订和完善需求。人工智能技术与渲染技术的深度融合、光场显示等新一代显示技术的发展、以及6G时代实时云渲染架构的出现，都将对现有的数据表示框架提出新的扩展需求。ISO/IECJTC1/SC24分技术委员会将继续推动该标准与相关标准体系的协同演进，适时启动标准修订工作，确保其持续保持技术先进性和行业适用性。可以预见，在ISO/IEC23488:2022所确立的标准化框架的基础上，VR/MAR领域将进一步发展出覆盖更全面、层次更丰