ISOIEC TR 160882025 信息技术 计算机图形学 图像处理和环境表示 混合和增强现实中视觉定位系统的构造标准立项发展报告

信息技术计算机图形学图像处理和环境表示混合和增强现实中视觉定位系统的构造StandardizationDevelopmentReport:ConstructsforVisualPositioningSystemsinMixedandAugmentedReality摘要随着混合现实（MR）与增强现实（AR）技术的飞速发展，视觉定位系统（VisualPositioningSystems，VPS）作为连接物理世界与数字信息空间的关键桥梁，其标准化需求日益迫切。本报告围绕国际标准ISO/IECTR16088:2025《信息技术计算机图形学图像处理和环境表示混合和增强现实中视觉定位系统的构造》的立项背景、技术内容及行业价值展开系统论述。报告首先分析了混合现实与增强现实技术在全球范围内的应用现状与发展趋势，指出视觉定位系统在精度、互操作性、数据格式兼容性等方面面临的突出挑战；其次，系统阐述了该标准的技术框架，涵盖视觉定位系统的基本构造单元、坐标系统定义、数据接口规范及环境表示方法等核心技术内容；随后，报告详细介绍了主导制定该标准的国际电工委员会（IEC）相关技术委员会的职责分工与工作流程，并对参与标准研制的核心企事业单位进行了介绍。最后，报告从产业发展和国际标准竞争两个维度，分析了该标准对推动混合现实与增强现实技术进步、促进相关产业链协同发展的重要意义，并对标准未来修订方向及推广应用前景进行了展望。本报告旨在为行业主管部门、科研机构、企事业单位及标准化工作者提供参考与借鉴。关键词：混合现实；增强现实；视觉定位系统；计算机图形学；环境表示；国际标准；ISO/IECTR16088Keywords:MixedReality;AugmentedReality;VisualPositioningSystem;ComputerGraphics;EnvironmentalRepresentation;InternationalStandard;ISO/IECTR160881引言1.1研究背景混合现实（MixedReality，MR）和增强现实（AugmentedReality，AR）作为新一代信息技术的核心组成部分，正在深刻改变人类与数字信息的交互方式。从工业制造中的远程运维指导、医疗领域的手术导航辅助，到智慧城市建设中的实景导航、文化教育中的沉浸式体验，混合现实与增强现实技术的应用场景不断拓展，已从早期的实验室研究走向规模化商业落地。据国际数据公司（IDC）预测，全球AR/VR市场规模将在未来五年内保持年均30%以上的增长率，到2028年有望突破3000亿美元。在混合现实与增强现实系统中，视觉定位系统承担着确定用户设备在三维空间中位置和姿态的核心功能，是实现虚拟信息与物理环境精确叠加的前置条件。视觉定位系统通过摄像头采集环境图像，利用计算机视觉算法提取特征点，与预先构建的三维环境地图进行匹配，从而实时计算设备的六自由度位姿（位置与朝向）。其性能优劣直接决定了增强现实体验的沉浸感、稳定性和可靠性。然而，当前视觉定位系统在技术实现和产业化应用过程中面临着诸多标准化瓶颈。不同厂商的视觉定位系统在数据格式、坐标系统、接口协议、精度评价方法等方面各成体系，缺乏统一规范，导致系统间难以互操作、数据难以共享复用，严重制约了技术的规模化推广和产业链的协同发展。因此，制定国际统一的视觉定位系统构造标准，已成为全球混合现实与增强现实产业发展亟待解决的基础性课题。1.2标准立项必要性ISO/IECTR16088:2025正是在上述行业背景下提出的。该标准由国际电工委员会（IEC）归口管理，属于ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）框架下的技术报告类标准（TechnicalReport，TR）。作为技术报告，其定位在于为后续正式国际标准的制定提供技术铺垫和方向指引，旨在梳理视觉定位系统的核心构造要素，明确关键技术接口和通用数据模型，为行业内各类视觉定位系统的设计、开发、测试和应用提供统一的技术参考框架。该标准的立项必要性主要体现在以下几个方面：（1）促进技术互操作性。统一的视觉定位系统构造规范能够打破不同厂商、不同平台之间的技术壁垒，实现多源数据的融合与共享，提升系统的协同工作能力。（2）降低开发和集成成本。标准化有助于减少重复性开发工作，使开发者能够基于统一的技术框架构建应用，从而显著降低研发和集成的经济成本与时间成本。（3）保障系统的可靠性和安全性。明确视觉定位系统的功能构造要求与精度评价规范，有助于提升系统的定位准确度和鲁棒性，保障在关键应用领域（如自动驾驶辅助、医疗手术导航等）中的安全可靠性。（4）推动产业生态健康有序发展。在统一的标准化框架指导下，产业链上下游企业可以在明确的技术边界内开展差异化创新，形成良性竞争与协同发展的产业生态。1.3标准基本信息本报告所涉及的标准基本权威信息如下：-标准编号：ISO/IECTR16088:2025-中文名称：信息技术计算机图形学图像处理和环境表示混合和增强现实中视觉定位系统的构造-英文名称：Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenvironmentalrepresentation-Constructsforvisualpositioningsystemsinmixedandaugmentedreality(MAR)-标准状态：现行-发布机构：国际电工委员会（IEC）-ICS分类号：IT终端和其他外围设备-发布日期：2025年8月1日-国别：国际组织-版次：第一版2标准技术内容概述2.1标准适用范围与定位ISO/IECTR16088:2025作为一项技术报告，其适用范围涵盖了混合现实与增强现实环境下的视觉定位系统的设计、开发、测试与应用全生命周期。标准聚焦于视觉定位系统的基础构造单元（Constructs），即构成系统功能的最小可描述技术要素，旨在为视觉定位系统的实现提供一套通用的技术描述框架和数据结构参考。作为技术报告（TR）类文件，其与正式国际标准（IS）的区别在于：TR不包含强制性的规范性要求（normativerequirements），而是以资料性和指导性内容为主，为后续制定正式标准（如IS或TS）奠定技术基础。该标准的发布标志着混合现实与增强现实视觉定位标准化工作从零散探索进入系统化推进的新阶段。2.2核心技术框架ISO/IECTR16088:2025围绕视觉定位系统的核心技术要素，构建了系统化的技术描述框架，主要包含以下核心内容：2.2.1视觉定位系统的基本构造单元标准系统定义了视觉定位系统的基本功能模块与构造单元，主要包括：-图像采集单元：明确视觉传感器（摄像头、深度相机、事件相机等）的技术要求与数据采集规范，涵盖光学参数、畸变模型、采集帧率等基础属性。-特征提取与描述单元：规定图像特征点（如ORB、SIFT、SuperPoint等）提取算法的接口规范，以及特征描述子的数据格式标准。-环境地图构建单元：定义三维环境地图的数据结构、存储格式和更新机制，包括稀疏特征地图、稠密点云地图、语义地图等多种地图类型的技术描述规范。-位姿估计单元：规范基于特征匹配的位姿求解算法接口，涉及PnP求解、光束平差优化、惯性测量单元融合等多源信息融合的技术框架。-失效恢复与重定位单元：定义系统在定位丢失或跟踪失败情况下的恢复机制和重定位策略，确保系统在复杂环境下的鲁棒性。2.2.2坐标系统与空间基准坐标系统的统一是视觉定位系统实现互操作的基础前提。标准系统定义了视觉定位中涉及的多级坐标参考框架，具体包括：-图像坐标系：描述像素在图像平面上的位置，以像素为单位，原点通常位于图像左上角。-相机坐标系：以相机光学中心为原点建立的三维直角坐标系，Z轴指向相机正前方。-世界坐标系：描述物理环境全局空间关系的基准坐标系，为虚实融合提供统一的空间锚定参考。-增强现实显示坐标系：用于虚拟内容渲染投影的坐标参考，涉及虚实坐标变换的规范化描述。同时，标准对各坐标系之间的变换关系与参数标定方法进行了技术层面的梳理和规范建议，为实现跨系统、跨平台的空间数据互通提供了基础性技术参考。2.2.3数据接口与环境表示环境表示是实现视觉定位系统与上层应用之间数据交互的关键环节。ISO/IECTR16088:2025在环境表示方面涵盖以下核心内容：-三维地图数据格式：定义了稀疏与稠密三维地图的通用数据交换格式，包括点云数据、特征点数据和语义标注数据等，为不同视觉定位系统之间的地图数据共享提供了数据格式层面的参考框架。-视觉特征数据库接口：规定了特征点数据库的查询、更新、存储接口，实现多设备、多平台间的特征数据协同利用。-环境语义表示：探讨将语义信息（如物体类别、功能区域等）融入环境表示的技术路径，为智能化的视觉定位和环境理解奠定基础。-数据压缩与传输协议：面向云边协同的视觉定位场景，提出地图和特征数据的有效压缩方法及传输协议建议。2.2.4精度评价与测试方法为保障视觉定位系统的定位精度和可靠性，标准还提出了视觉定位系统性能评价的技术框架，涵盖以下方面：-精度评价指标体系：包括绝对位姿误差、相对位姿误差、跟踪丢失率、初始化时间等关键性能指标的定义与计算方法。-测试环境与基准数据集：针对不同应用场景（室内、室外、动态环境等），提出测试环境的构建要求和基准数据集的采集规范。-评价流程与方法：规范了从数据采集、基准真值获取、误差计算到结果报告的完整评价流程，为行业内的系统评测和对比提供了统一的参考方法。2.3关键技术创新点相较于此前行业内各厂商各自为政的私有化技术方案，ISO/IECTR16088:2025在以下技术维度取得了重要突破：（1）提出统一的多层级坐标变换参考模型。标准将图像坐标、相机坐标、世界坐标和显示坐标纳入统一的空间参考框架中描述，形成了跨设备、跨平台空间数据互通的坐标基准规范。（2）构建模块化的视觉定位系统功能架构。通过将视觉定位系统分解为可独立描述和替换的功能模块，支持灵活性组合与定制化部署。（3）嵌入人工智能与语义理解技术要素。标准在进行技术描述时，充分考虑了当前深度学习视觉定位、语义SLAM（SimultaneousLocalizationandMapping，即时定位与地图构建）等技术趋势的融合需求，就AI模型的接口和数据交换格式提出了方向性建议。（4）兼顾室内外多场景适应性。针对不同环境条件下（光照变化、动态物体干扰、大场景漂移等）技术实现的差异性提出了有针对性的设计参考。3标准制定过程与参与单位3.1标准制定流程ISO/IECTR16088:2025的制定过程遵循国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合技术委员会（JTC1）的规范流程，经历了以下主要阶段：（1）提案阶段（NWIP）：由相关国家成员体或分技术委员会提出新工作项目提案，经充分讨论和投票表决后正式立项。（2）起草阶段（WD）：成立专项工作组（WorkingGroup），组织国际专家共同起草工作草案，对视觉定位系统的技术框架和核心要素进行系统梳理和研讨。（3）委员会审议阶段（CD）：工作草案经多次修改后提交分技术委员会（SC）审议，广泛征求各国家成员体和联络组织的意见。（4）征询意见阶段（DIS/DTR）：技术报告草案提交各国家成员体进行投票和意见征集，项目组根据反馈意见对草案进行逐条处理和修改完善。（5）批准发布阶段（FDIS/FDTR）：最终草案经各成员体投票通过后，由ISO/IEC中央秘书处审核并正式出版发布。该标准自立项至发布历时约24个月，来自全球多个国家的标准化专家和企业代表参与其中，充分体现了国际标准制定的广泛参与性和协商一致性原则。3.2归口管理机构该标准归属于IEC/ISOJTC1（信息技术联合技术委员会）的管理范围。与视觉定位系统构造密切相关的是JTC1下属的SC24（计算机图形学、图像处理和环境数据表示分技术委员会）。SC24主要负责计算机图形学、虚拟现实、增强现实、图像处理和环境表示等领域的国际标准化工作，其在视觉定位系统构造标准化方面的工作内容主要包括：-制定混合现实和增强现实领域的基础性术语标准与参考模型；-规范三维环境数据的外部表示与交换格式；-建立空间定位与跟踪系统的技术要求框架；-协调与其他标准化组织（如IEEE、KhronosGroup、3GPP等）的联络与合作。SC24下设多个工作组，其中与本标准相关的WG7（混合与增强现实）在标准草案的起草和关键技术内容的讨论中发挥了核心组织作用。3.3主要参与企事业单位介绍在ISO/IECTR16088:2025的制定过程中，全球范围内多家在混合现实与增强现实领域具有深厚技术积累的企事业单位深度参与。限于篇幅，本节重点介绍一家具有代表性的核心参与单位。3.3.1单位概况北京理工大学作为中国在增强现实与混合现实领域最具影响力的高校之一，深度参与了该标准的技术研讨与草案编制工作。北京理工大学光电学院和计算机学院在光学显示、计算机视觉、三维重建等领域拥有数十年的科研积淀，其增强现实实验室在三维注册技术、视觉定位算法及新型显示技术等方面取得了一系列具有国际影响力的研究成果。3.3.2核心技术与标准贡献北京理工大学在以下方向为ISO/IECTR16088:2025的制定作出了重要技术贡献：-三维注册与视觉跟踪算法：该校团队在基于自然特征的视觉跟踪注册方面形成了一系列创新性成果，为标准中特征提取与位姿估计单元的构造定义和接口描述提供了重要的学术支撑和技术输入。-光学透视式增强现实显示：在光学显示与虚实融合方面具有长期的研究积累，其提出的显示坐标系统标定方法和技术方案，为标准中增强现实显示坐标系的建立和相关技术参考内容的完善提供了富有价值的技术参考。-多源传感器融合定位：在视觉-惯性融合定位（VINS）算法领域积累了丰富的研究经验，相关成果为标准中多源信息融合的技术框架提供了方法论层面的参考。3.3.3国际标准化工作参与北京理工大学长期活跃于国际标准化舞台，学校多名教授担任ISO/IECJTC1/SC24的注册专家，持续参与计算机图形学、增强现实和虚拟现实领域的多项国际标准的制定和修订工作，为中国在混合现实与增强现实国际标准化领域争取话语权发挥了重要作用。4标准应用与产业影响4.1应用场景分析ISO/IECTR16088:2025所规范的视觉定位系统构造技术，在众多行业和领域中具有广阔的应用前景。以下为主要应用场景的概述和分析：（1）工业制造与运维。在智能制造场景中，基于视觉定位的增强现实系统可辅助工人完成设备装配、质检和远程运维等任务。统一的坐标系统和数据接口标准使多车间、多工厂之间的空间数据复用成为可能，有效降低部署成本。（2）医疗健康与手术导航。在手术导航、医学影像三维可视化等领域，视觉定位系统需要在毫米级精度下实现虚拟解剖结构与患者实体的精确叠加。统一的标准构造框架为医疗增强现实系统的精度评价与安全认证提供了技术依据。（3）智慧城市与室外导航。在城市级大场景增强现实应用中，视觉定位系统承担着实景导航、城市信息叠加展示等功能。标准中关于大规模环境地图构建与多设备共享的技术参考，为室外增强现实应用的规模化落地提供了基础保障。（4）文化教育与数字孪生。在文化遗产数字化保护、沉浸式教学、数字孪生城市建设等场景中，标准所规范的环境语义表示方法和数据交换格式为实现跨平台的内容共享和场景迁移奠定了基础。4.2产业影响与经济效益作为混合现实与增强现实技术体系中的基础性技术报告，ISO/IECTR16088:2025的发布对产业发展具有深远影响：（2）降低技术选型和集成风险。统一的技术参考框架使企业能够基于标准化的技术路径进行技术选型，减少因技术路线碎片化带来的集成风险和沉没成本。（3）推动商业模式创新。标准所规范的数