ISOIEC 211452023 信息技术.计算机制图、图像处理和环境数据表示.混合和增强现实的风格表示标准立项发展报告

信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示混合和增强现实的风格表示标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology-ComputerGraphics,ImageProcessingandEnvironmentalDataRepresentation-StyleRepresentationforMixedandAugmentedReality摘要随着混合现实（MixedReality,MR）和增强现实（AugmentedReality,AR）技术在工业制造、医疗健康、教育培训、文化娱乐等领域的广泛应用，不同系统间三维场景风格的一致性与互操作性需求日益凸显。为应对这一技术挑战，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布了ISO/IEC21145:2023《信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示混合和增强现实的风格表示》标准。该标准针对MR/AR环境中三维场景的视觉风格定义与交换机制进行了系统规范，确立了风格表示的概念模型、数据格式及交互协议，填补了该领域国际标准的空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业应用价值，分析了标准对推动混合现实产业规范化发展的重要意义，并对未来技术演进方向与标准修订趋势进行了展望。该标准的发布标志着混合现实技术从功能实现迈向体验一致性管控的新阶段，为全球MR/AR产业的互联互通奠定了坚实基础。关键词：混合现实；增强现实；风格表示；国际标准；互操作性；三维图形；ISO/IEC21145Keywords:MixedReality;AugmentedReality;StyleRepresentation;InternationalStandard;Interoperability;3DGraphics;ISO/IEC21145一、引言1.1立项背景混合现实与增强现实技术作为新一代信息技术的重要代表，正在深刻改变人类与数字信息的交互方式。根据中国信息通信研究院发布的数据，2023年全球XR（扩展现实）市场规模已突破300亿美元，年复合增长率超过30%。工业和信息化部等五部门于2022年联合印发的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》明确提出，到2026年我国虚拟现实产业总体规模将超过3500亿元。然而，在产业高速发展的同时，一个深层次的技术瓶颈日益显现：不同MR/AR系统对三维场景视觉风格的定义和渲染方式缺乏统一规范。同一场景在不同设备或平台上呈现出的色调、光照、材质效果存在显著差异，这种"风格割裂"现象严重制约了跨平台内容分发、多设备协同作业以及用户一致性体验的实现。1.2标准编制的必要性在MR/AR应用场景中，视觉风格不仅是美学问题，更直接关系到信息传达的准确性和用户体验的有效性。例如，在工业维修辅助场景中，增强现实叠加的标注信息若因设备差异而呈现不同颜色和透明度，可能导致操作人员误读关键指令；在医疗手术导航中，三维解剖结构的渲染风格若不一致，则可能影响医生的空间判断。ISO/IECJTC1/SC24（信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示分技术委员会）经过充分调研论证，于2019年正式立项制定混合现实风格表示国际标准，旨在解决跨平台、跨设备、跨应用的视觉风格定义与交换问题。二、标准编制历程2.1项目立项阶段（2019年）2019年10月，在ISO/IECJTC1/SC24全体会议上，多国代表就混合现实环境中的风格一致性问题进行了深入讨论。与会专家一致认为，有必要制定一项专门针对MR/AR风格表示的国际标准。项目编号确定为ISO/IEC21145，由SC24下属的WG9（增强现实与混合现实工作组）负责起草工作。2.2草案编制阶段（2020—2022年）工作组汇集了来自中国、美国、德国、日本、韩国、法国等国家的技术专家，围绕风格表示的范畴界定、概念模型构建、数据格式设计等核心问题展开多轮研讨。期间共召开工作组会议12次，收到各成员国反馈意见300余条。中国专家团队在风格语义模型和渲染管线的标准化描述方面提出了重要技术提案。2.3国际标准最终草案（FDIS）与发布阶段（2023年）2023年初，ISO/IEC21145进入国际标准最终草案（FDIS）投票阶段。经过各成员国为期两个月的投票，该标准以高赞成率获得通过。2023年9月22日，ISO/IEC21145:2023正式由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合发布，标准类别归口于ISO/IECJTC1/SC24。三、标准主要内容3.1标准适用范围ISO/IEC21145:2023适用于混合现实和增强现实系统中三维场景视觉风格的定义、描述、交换和呈现。该标准定义了风格表示的统一框架，涵盖材质属性、光照模型、色调映射、渲染风格等多个维度，适用于以下场景：-跨平台三维内容分发与呈现-多用户协作环境下的视觉一致性保障-MR/AR内容的一次开发、多端适配-面向特定行业应用的风格定制与标准化3.2核心概念框架标准建立了一套层级化的风格表示概念模型，包括：（1）风格类别层（StyleCategoryLayer）定义了风格的基本分类体系，如写实风格（Photorealistic）、示意风格（Schematic）、卡通风格（Stylized）、线框风格（Wireframe）等。（2）风格属性层（StyleAttributeLayer）规定了构成具体风格的可量化属性参数，包括但不限于：-色彩空间与色调映射参数-光照环境定义（光源类型、强度、方向、阴影参数）-材质属性（反射率、粗糙度、金属度、透明度）-轮廓渲染参数（线宽、线色、轮廓强度）-纹理过滤与细节层次（LOD）控制参数（3）风格描述语言层（StyleDescriptionLanguageLayer）定义了风格表示的结构化数据格式，采用XMLSchema和JSONSchema两种描述方式，确保风格定义的机器可读性和跨平台兼容性。（4）风格映射与适配层（StyleMappingandAdaptationLayer）规定了风格定义在不同渲染引擎（如Unity、UnrealEngine、OpenXR等）之间的映射规则，以及根据设备能力进行风格降级适配的机制。3.3关键技术规范（1）风格资源的数据封装格式标准规定了一套独立于具体渲染引擎的风格资源封装格式。该格式支持风格资源的打包、存储、传输和动态加载，便于在分布式环境中实现风格资源的共享与复用。（2）风格渲染管线接口规范定义了MR/AR系统在渲染管线中应用风格定义的标准化接口，确保风格定义在不同深度层次的渲染过程中得以准确实施。（3）风格一致性评估方法提出了风格一致性的定量评估指标体系，包括色差指标（ΔE）、光照一致性指标、材质响应偏差指标等，为多设备间的风格校准提供了可量化的测试依据。3.4标准之间的关系ISO/IEC21145:2023与现有国际标准体系保持了良好的衔接：-与ISO/IEC18023（VRML）和ISO/IEC19775（X3D）在三维场景描述层面实现兼容-与ISO/IEC14496（MPEG-4）在多媒体内容表示方面形成互补-与ISO/IEC23090（MPEG-I）在沉浸式媒体传输方面协同推进-与ISO9241（人机交互工效学）在用户体验评估维度形成呼应四、标准修订的企事业单位介绍4.1主要参与编制单位概述ISO/IEC21145:2023的制定汇聚了全球顶尖科研机构、高校和行业领军企业的智慧。其中，来自中国的中国电子技术标准化研究院（CESI）作为ISO/IECJTC1/SC24的国内技术对口单位，深度参与了该标准的研制工作。4.2中国电子技术标准化研究院（CESI）详细介绍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，也是我国电子信息领域标准化工作的国家级核心研究机构。CESI长期承担ISO/IECJTC1国内技术归口管理工作，代表中国参与国际标准化事务。在ISO/IEC21145标准的研制过程中，CESI充分发挥了以下关键作用：（1）国际标准提案与论证CESI组织国内优势技术力量，对混合现实风格表示的关键技术问题进行了深入研究，向ISO/IECJTC1/SC24提交了多项技术提案，推动了标准的立项和框架设计。（2）核心模型贡献CESI联合北京航空航天大学、中国信通院等单位，提出了融合设备能力描述的风格自适应映射模型，该模型被标准采纳为风格映射与适配层的主体框架。CESI团队主导完成了风格一致性评估方法的研究，为标准的量化评估体系奠定了基础。（3）国内验证与试验CESI依托国家数字音视频及多媒体产品质量检验检测中心，组织国内MR/AR龙头企业（如华为、京东方、小米等）开展标准符合性试验验证，积累了大量试验数据，为标准的完善提供了有力的数据支撑。（4）标准化生态建设CESI同步推动该国际标准在我国的转化应用，组织起草了相关行业标准和团体标准，并计划推动该标准纳入工信部"虚拟现实与行业应用融合发展"的标准化工作体系。CESI还构建了国内MR/AR标准符合性测试平台，为国内企业提供标准验证服务。五、标准的技术意义与产业影响5.1技术意义（1）填补空白：ISO/IEC21145:2023是国际上首个专门针对MR/AR视觉风格表示的标准，弥补了现有三维图形标准在风格定义与交换方面的不足。（2）统一规范：为MR/AR内容开发者提供了一套完整的风格定义和交换标准，避免了各平台"各自为政"的碎片化局面。（3）量化评估：首次提出了风格一致性的量化评估指标体系，使风格效果从主观感受走向客观度量。5.2产业影响（1）降低开发成本：内容开发者无需针对不同平台单独调优风格，实现"一次定义、多处呈现"，大幅降低开发和适配成本。（2）提升用户体验：保证同一内容在不同设备上呈现一致的视觉效果，提升用户的沉浸感和舒适度。（3）促进生态互联：统一的风格表示标准为MR/AR内容分发平台的互联互通提供了可能，推动内容生态的繁荣发展。六、标准应用前景展望6.1工业应用在智能制造领域，混合现实远程运维、装配指导等场景将直接受益于风格表示标准的应用。统一的风格规范将确保现场操作人员在不同终端上获得一致的视觉指引，提升作业准确性和效率。6.2医疗健康在医学可视化、手术导航、康复训练等医疗场景中，标准的应用将保障三维医学影像渲染风格的一致性，辅助医生做出更精准的判断，提高医疗服务的质量和安全性。6.3教育培训在虚拟仿真教学、远程实验等教育场景中，统一风格定义可降低对前端渲染能力的要求，使优质教育内容在更多课堂设备上精准呈现，缩小数字鸿沟。6.4技术演进与标准修订随着神经渲染、实时路径追踪、生成式AI等新兴技术在MR/AR领域的深入应用，风格表示的技术内涵将持续拓展。ISO/IECJTC1/SC24已开始启动对ISO/IEC21145的维护与修订讨论，计划在以下方向开展后续工作：-引入基于神经网络的风格迁移与风格保持技术规范-扩展对动态光照和全局光照的风格描述能力-完善与WebXR、OpenXR等新一代XR标准的映射互操作规范-探索面向云XR场景的流式风格传输协议七、结论ISO/IEC21145:2023《信息技术计算机制图、图像处理和环境数据表示混合和增强现实的风格表示》作为国际标准化组织在MR/AR风格表示领域的首个标准，具有开创性和里程碑意义。该标准构建了完整的风格表示概念框架，确立了风格数据的标准化封装格式和跨平台映射适配机制，填补了混合现实领域视觉风格互操作性的标准空白。标准的发布实施将为全球MR/AR产业提供统一的技术规范，有效解决多平台内容分发中的视觉一致性问题，显著降低内容开发与适配成本，催生更加丰富的应用生态。展望未来，随着标准的广泛实施和持续演进，ISO/IEC21145将逐步成为混合现实和增强现实产业的基础性标准之一。中国电子技术标准化研究院等国内单位将继续深度参与标准的维护与后续修订工作，推动中国在混合现实标准化领域从"跟随者"向"引领者"转变，为全球混合现实产业的健康有序发展贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO/IEC21145:2023,Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation-Stylerepresentationformixedandaugmentedreality[S].ISO/IEC,2023.[2]工业和信息化部等五部门.虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）[Z].2022.[3]ISO/I