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、教育文化、智慧城市等领域的广泛应用，三维场景中风格化视觉呈现的一致性与互操作性需求日益凸显。为应对不同系统间风格定义格式不统一、渲染效果差异显著、数据交换困难等突出问题，国际电工委员会（IEC）于2023年9月22日正式发布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》国际标准。该标准在ISO/IEC18038等既有标准框架基础上，系统定义了AR/MR场景中风格表示的信息模型、数据格式及语义规范。本报告全面回顾了该标准的立项背景、研制历程与技术架构，深入分析了其在风格分类体系、描绘属性定义、资源引用机制等方面的核心技术内容，重点阐述了主要起草单位在标准研制中的技术贡献与组织协调作用。报告指出，该标准的发布填补了混合现实领域风格表示国际标准的空白，对促进AR/MR产业生态的规范化发展、降低跨平台内容开发成本、提升用户体验一致性具有重要的里程碑意义，并对该标准的未来演进方向及应用前景进行了展望。关键词：混合现实；增强现实；风格表示；国际标准；ISO/IEC21145；信息模型；三维图形Keywords:MixedReality;AugmentedReality;StyleRepresentation;InternationalStandard;ISO/IEC21145;InformationModel;3DGraphics一、引言1.1立项背景与意义增强现实与混合现实技术通过在真实世界之上叠加虚拟信息对象，构建起虚实融合的交互体验环境。近年来，随着头戴式显示设备、移动智能终端及空间计算平台的快速迭代，AR/MR技术已从实验室研究走向大规模产业应用。据国际数据公司（IDC）预测，全球AR/MR市场规模将在2027年达到数百亿美元量级，年复合增长率超过30%。然而，在AR/MR产业蓬勃发展的背后，一个基础性技术瓶颈日益凸显——风格表示（StyleRepresentation）的统一性问题。所谓风格表示，是指在三维场景中对虚拟对象的外观视觉属性（包括材质、着色、纹理、光照响应、渲染技法等）进行结构化描述的数据规范。不同AR/MR平台和应用系统在风格定义上各成体系，导致同一三维内容在不同系统中的呈现效果差异显著，内容开发方不得不针对各平台重复制作适配版本，造成大量重复投入，严重制约了内容的跨平台流通与产业协同效率。在此背景下，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）下属的联合技术委员会JTC1（信息技术）SC24分技术委员会（计算机图形、图像处理和环境数据表示）启动了ISO/IEC21145标准的研制工作，旨在为AR/MR环境中的风格表示建立统一的国际规范。1.2标准编制依据与编制原则本标准的编制严格遵循ISO/IEC导则（ISO/IECDirectives）Part1和Part2的相关规定，依据ISO/IECJTC1SC24的工作程序组织实施。在编制过程中，标准工作组遵循以下核心编制原则：一是继承性原则。标准在体系架构和信息建模方法上充分继承和扩展了ISO/IEC18038（增强现实参考模型）、ISO/IEC18039（混合与增强现实参考模型）以及ISO/IEC19775（可扩展三维组件规范，X3D）等既有国际标准的技术框架，确保与现有标准体系的协调与衔接。二是实用性原则。标准草案在研制过程中广泛征求了产业界的意见，充分考虑游戏引擎（如Unity、UnrealEngine）、工业仿真平台、地理信息系统等典型应用场景的实际需求，力求技术方案的可行性与可实施性。三是前瞻性原则。标准在风格表示模型的设计上兼顾当前主流渲染管线的技术特点与未来基于物理渲染（PBR）、神经渲染等新兴技术的发展趋势，为技术的持续演进预留了扩展空间。二、标准研制历程2.1国际标准立项（NP阶段）ISO/IEC21145的研制工作可追溯至2019年前后。在当时ISO/IECJTC1/SC24/WG9（增强现实与混合现实工作组）的历次会议上，与会专家持续讨论AR/MR领域风格描述规范化的必要性，并形成了初步的工作草案。经过多轮论证和各国国家体（NationalBody）的投票表决，该项目于2020年正式通过新工作项提案（NewWorkItemProposal,NWIP）立项，项目编号确定为ISO/IEC21145，由SC24/WG9负责研制。2.2委员会草案（CD）与国际标准草案（DIS）阶段在立项后的两年间，WG9工作组召集来自中国、美国、韩国、日本、德国、法国等成员国的专家，通过多次面对面会议和持续的网络会议，对标准的技术内容进行了逐条讨论和完善。2018年版ISO/IEC18038标准中确立的AR组件分类框架成为本标准风格分类体系的重要基础。工作组在CD阶段重点解决了风格属性集的边界划分、空间坐标系与风格描述的关联方式等关键技术问题。2022年，标准草案进入DIS阶段，并面向各成员国开展为期三个月的投票和意见征集。最终，各成员国对技术内容达成一致，未收到实质性反对意见。2.3最终国际标准草案（FDIS）与正式发布2023年初，标准进入FDIS阶段，编辑团队根据各成员国在DIS阶段提出的编辑性意见对文本进行了最终修订。2023年9月22日，ISO/IEC21145:2023经ISO/IECJTC1批准，由IEC正式出版发布。该标准的发布标志着混合与增强现实领域首个专门针对风格表示的国际标准正式问世。三、标准核心技术内容ISO/IEC21145:2023规定了混合和增强现实应用中用于风格表示的信息模型、数据结构及语义定义。标准的核心目标是为AR/MR系统中的虚拟对象提供一种与具体实现无关、可在不同平台和系统之间无损交换的风格描述机制。3.1风格表示的信息模型框架标准确立了风格表示的基本信息模型框架。在该框架中，每一种风格均通过一组风格属性（StyleAttributes）进行结构化描述。这些属性涵盖几何外观（GeometryAppearance）、表面材质（SurfaceMaterial）、光照参数（IlluminationParameters）、渲染样式（RenderingStyle）等核心维度。风格可以被组织中为风格集（StyleSet），以支持对场景中多个对象或对象组的统一风格控制。风格集之间支持嵌套与引用关系，从而支持复杂场景中分层级、分粒度的风格管理。3.2风格分类体系考虑到不同应用场景对风格表达的不同需求，标准将风格划分为写实风格（RealisticStyle）与示意风格（Stylized/Non-photorealisticStyle）两大类，并在每个类别下细分子类。-写实风格侧重对真实世界中物体外观的精确模拟，通常依赖于基于物理的渲染（PhysicallyBasedRendering,PBR）参数、高动态范围光照（HDR）、反射与折射模型等技术要素。标准中规定了用于描述材质PBR属性的关键参数集合及其语义定义。-示意风格涵盖卡通渲染（ToonShading）、水彩效果、素描效果、像素风等非写实渲染（Non-PhotorealisticRendering,NPR）技法。该类风格的属性定义侧重对轮廓线（Outline）、色调映射（ToneMapping）、笔触纹理（BrushTexture）等特征的描述。此外，标准还支持风格混合（StyleBlending），允许多种风格参数在特定规则下进行融合运算，生成介于不同风格之间的过渡效果，以满足动画过渡、多重视觉视角呈现等场景的需要。3.3描绘属性定义描绘属性（RenderingAttributes）是风格表示的具体数值载体。标准为每一项描绘属性赋予了唯一标识（Identifier）、数据类型（DataType）、取值范围（Range）和默认值（DefaultValue）等元数据信息。属性值可以采用标量、向量、枚举、曲线（用于表达随视角或时间变化的属性）等数据类型。标准特别注明了各属性与主流三维图形API（如OpenGL、Vulkan、Direct3D）及三维内容格式（如glTF、X3D）之间的映射关系，以便工程实践中的技术落地。3.4外部资源引用机制在实际AR/MR应用中，风格的描述往往不局限于数值参数本身，可能涉及纹理图像、着色器程序（Shader）、材质定义文件等外部资源。为此，标准规定了资源引用机制（ResourceReferenceMechanism），定义了资源标识（ResourceIdentifier）、资源类型（ResourceType）、解析协议（ResolutionProtocol）和缓存策略（CachingPolicy）等要素。该机制基于统一资源标识符（URI）体系，支持通过HTTP(S)、文件系统、数据块协议（如blob）等多种方式引用和解析外部资源。这一设计使得风格描述能够实现轻量化的参数传递与高效率的资源复用，避免在数据交换中出现纹理图像等大体量数据的重复传输。3.5应用一致性要求为保障不同系统遵循标准后的互操作效果，标准在附录中给出了风格数据的交换格式规范与应用指南。交换格式采用基于JSON的轻量级结构化文本方案，同时提供了到XML和二进制编码格式的映射建议。附录中包含了风格表示数据与ISO/IEC18038增强现实场景描述模型之间的绑定方法，以及风格描述在典型引擎（Unity、Unreal等）中的适配指导。四、主要起草单位ISO/IEC21145:2023的研制汇聚了全球多个国家的科研机构与产业力量。在众多参与单位中，中国电子技术标准化研究院（CESI）作为ISO/IECJTC1/SC24国内技术对口单位的秘书处所在机构，在标准研制过程中发挥了突出的技术引领和组织协调作用。中国电子技术标准化研究院（以下简称“电子标准院”）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最权威的标准化专业机构之一。电子标准院承担着全国信息技术标准化技术委员会计算机图形图像分技术委员会（SAC/TC28/SC24）的秘书处工作，全面负责组织中国专家参与ISO/IECJTC1/SC24国际标准化活动。在ISO/IEC21145的研制过程中，电子标准院主要贡献体现在以下方面：第一，组建高水平专家团队。电子标准院组织了来自北京航空航天大学、中国信科集团、华为技术有限公司等单位的技术专家组成中国专家代表团，深度参与WG9工作组的各项技术研讨会议。中国专家在风格分类体系框架、中文语境下的语义定义等方面提出了大量具有建设性的技术提案。第二，承担关键章节的起草工作。中国专家团队重点承担了标准中风格信息模型核心框架和描绘属性定义的起草任务，将国内在虚拟现实内容开发与三维渲染领域积累的工程实践经验提炼转化为国际标准条文，为标准核心框架的建立做出了实质性贡献。第三，组织国内产业验证。在标准草案形成后，电子标准院组织国内多家AR/VR企业和科研院所开展标准符合性验证工作，通过搭建原型系统验证风格描述数据的交换可行性与渲染效果一致性，为标准中数据交换格式和编码方案的最终确定提供了重要的实践依据。第四，推动国际协调与共识达成。在DIS投票阶段，电子标准院配合国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会），积极协调国内利益相关方意见，形成代表中国立场的技术反馈意见并正式提交至ISO/IECJTC1秘书处。中国在投票中投了赞成票，并就个别技术细节提出了建设性修改意见，多数被最终文本采纳。除中国电子技术标准化研究院外，韩国电子通信研究院（ETRI）、美国国家标准与技术研究院（NIST）下属相关实验室以及德国弗劳恩霍夫计算机图形研究所（IGD）等机构也在标准研制中承担了重要工作。韩国ETRI凭借其多年在增强现实标准领域的技术积累，主导了标准中外部资源引用机制的框架设计。这些国际团队的紧密协作确保了标准的广泛适用性与技术先进性。五、标准应用前景与价值分析5.1行业应用场景ISO/IEC21145:2023的发布为AR/MR领域的内容生产与数据交换带来了统一的技术基准。其典型应用场景包括：-智能制造：在设备维修指导、远程专家协助、生产线可视化监控等场景中，不同品牌终端设备获取统一的风格指令后，可呈现一致的标注方式与警示配色，提升作业准确性与安全性。-医疗健康：在外科手术导航、医学教学可视化等场景中，基于标准的风格表示可确保三维解剖模型在不同显示设备上的渲染一致性，辅助医生精准判读关键结构。-智慧教育：在AR教材、虚拟实验室等教育应用中，标准化的风格描述使教学内容的跨平台分发成为可能，学生无论使用何种品牌终端，均能获得一致的视觉学习体验。-数字文旅：在文化遗产数字化展示、智慧博物馆等场景中，标准有助于实现全息展示效果与风格化导览视觉的跨终端统一呈现，提升观众的沉浸式体验质量。5.2对产业生态的影响从产业层面看，本标准可有效降低AR/MR内容开发的重复成本。内容开发者只需按照标准定义风格数据，即可实现一次开发、多平台适配，大幅缩短内容上市周期。同时，标准为第三方工具链和中间件厂商提供了清晰的技术接口规范，有望催生一批面向风格数据创作、转换、管理的新型软件工具，推动AR/MR内容工具链的成熟与繁荣。5.3与相关标准的关系ISO/IEC21145是ISO/IECJTC1/SC24框架下AR/MR标准族的重要组成部分。它与ISO/IEC18038（增强现实参考模型）和ISO/IEC18039（混合与增强现实参考模型）共同构建了从场景架构到视觉呈现的多层次标准体系。标准还与国际标准化组织发布的ISO/IEC19775-1（X3D）以及KhronosGroup制定的glTF2.0等行业规范保持了技术上的兼容性，在三维资产描述与实时渲染之间有清晰的映射路径。这种承上启下的标准布局确保了本标准可以无缝嵌入既有的三维内容生产工作流。六、结论与展望ISO/IEC21145:2023作为混合与增强现实领域首个专门针对风格表示的国际标准，系统构建了涵盖风格分类、描绘属性定义、外部资源引用、数据交换格式在内的完整技术框架。该标准的发布填补了AR/MR标准化体系中的关键空白，为全球AR/MR产业的规范化发展提供了重要的基础设施支撑，对促进三维内容跨平台流通、降低开发成本、提升用户视觉体验一致性具有深远意义。展望未来，ISO/IEC21145标准的发展将呈现以下几个重要方向：第一，与新兴技术的深度融合。随着神经辐射场（NeRF）、3D高斯泼溅（3DGaussianSplatting）等新兴三维表示技术的快速发展，AR/MR场景中的风格表示将面临新的技术挑战。如何在传统网格模型之外扩展支持新式三维表示，将是标准修订和更新中需要重点研判的方向。标准委员会已开始关注将这些新兴表示纳入风格描述框架的可行性研究。第二，与AI生成内容的衔接。随着AIGC（AI生成内容）在三维内容生产领域的快速渗透，风格表示标准有望与生成式AI模型对齐，形成从风格描述到风格化内容生成的技术闭环——即利用标准化的风格语义描述引导AI模型输出符合预期风格的纹理、材质或完整三维对象。第三，标准生态的持续完善。围绕ISO/IEC21145，后续有望推出配套的一致性测试规范、参考软件实现和典型行业应用指南，构建起从标准制定到标准实施的全链条支撑体系。中国将继续深度参与上述后续工作，为全球AR/MR标准化事业贡献中国智慧与中国方案。我们有理由相信，随着ISO/IEC21145:2023在全球范围内的推广应用，混合现实与增强现实技术将步入更加开放、规范、高效的发展新阶段。参考文献[1]ISO/IEC21145:2023,Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation-Stylerepresentationformixedandaugmentedreality[S].Geneva:ISO/IEC,2023.[2]ISO/IEC18038:2020,Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation-Mix