ISOIEC 37212023 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

信息技术计算机制图、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）与增强现实（AR）技术在工业制造、医疗健康、教育培训及智慧城市等领域的规模化落地，其内容数据的互操作性、可复用性与长期可归档性已成为制约产业纵深发展的关键瓶颈。在此背景下，ISO/IEC3721:2023《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内容的信息模型核心对象和属性》由国际电工委员会（IEC）正式发布。本标准旨在构建一套独立于具体应用平台和技术实现的中立性信息模型，通过定义混合与增强现实内容的核心对象类型、属性结构及相互关联关系，为跨系统内容交换、场景重建、语义标注及数据存档提供统一的标准化框架。报告系统梳理了该标准的立项背景、研制过程、核心内容及技术架构，深入分析了其在解决MR/AR内容“数据孤岛”问题中的关键作用。标准的发布填补了国际标准化领域在MR/AR内容级数据建模方向的空白，为后续面向具体行业应用的标准研制奠定了重要基石。关键词：混合现实；增强现实；信息模型；核心对象；属性；互操作性；ISO/IEC3721AbstractWiththelarge-scaledeploymentofMixedReality(MR)andAugmentedReality(AR)technologiesinindustrialmanufacturing,healthcare,educationandtraining,andsmartcityapplications,theinteroperability,reusability,andlong-termarchivingofcontentdatahavebecomecriticalbottlenecksconstrainingfurtherindustrialdevelopment.Againstthisbackdrop,ISO/IEC3721:2023,"Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenvironmentaldatarepresentation-Informationmodelformixedandaugmentedrealitycontent-Coreobjectsandattributes,"wasofficiallypublishedbytheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC).Thisstandardaimstoestablishaplatform-neutralandtechnology-independentinformationmodelthatdefinescoreobjecttypes,attributestructures,andtheirinterrelationshipsformixedandaugmentedrealitycontent,therebyprovidingaunifiedstandardizationframeworkforcross-systemcontentexchange,scenereconstruction,semanticannotation,anddataarchiving.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,developmentprocess,corecontent,andtechnicalarchitectureofthestandard,andanalyzesindepthitscriticalroleinresolvingthe"datasilo"probleminMR/ARcontent.Thepublicationofthisstandardfillsthegapininternationalstandardizationforcontent-leveldatamodelingintheMR/ARdomainandlaysanimportantfoundationforsubsequentindustry-specificstandarddevelopment.Keywords:MixedReality;AugmentedReality;InformationModel;CoreObjects;Attributes;Interoperability;ISO/IEC3721一、引言1.1研究背景与立项必要性近年来，混合现实（MixedReality,MR）与增强现实（AugmentedReality,AR）技术经历了从实验室原型向规模化商业应用的关键转型。根据国际数据公司（IDC）发布的全球增强现实与虚拟现实支出指南，全球AR/VR市场支出预计将在未来五年内保持年复合增长率超过30%的强劲态势。制造业中的远程运维指导、医疗领域的手术导航与解剖教学、教育行业的沉浸式课堂、文化遗产的数字化保护与展示——这些应用场景均依赖于对三维场景、虚拟对象、空间锚点、传感器数据等多模态内容的精确描述与高效管理。然而，一个长期困扰产业界的根本性问题日益凸显：内容数据的互操作性缺失。不同的MR/AR开发平台（如MicrosoftMixedRealityToolkit、AppleARKit、GoogleARCore、Unity、UnrealEngine等）各自采用私有的数据格式与对象模型，导致同一份数字内容在不同系统之间难以迁移和复用。这种“数据孤岛”现象不仅造成了数字资产开发成本的重复投入，更严重制约了跨平台协同应用、多设备融合交互以及行业级数字资产生态系统的构建。更为深层的挑战在于：AR/MR内容不仅仅是简单的三维几何模型，还涉及空间锚定、光照环境、语义信息、用户交互逻辑、传感器校准数据、时间序列信息等一系列复杂属性。如果没有一个统一的、标准化的信息模型作为共同语义基础，各系统间即使通过通用的几何文件格式（如glTF、OBJ）交换数据，也无法保证语义层面的一致理解——一方发送的“桌面上的杯子的虚拟指示标签”，在另一方系统中可能无法正确解析其空间关联关系和语义含义。正是为了应对上述挑战，ISO/IECJTC1/SC24（计算机图形、图像处理和环境数据表示分技术委员会）启动了ISO/IEC3721的研制工作。该项目旨在建立一个独立于具体实现技术的中立性信息模型，为MR/AR内容提供一套统一的对象分类体系与属性定义框架，从源头上解决跨系统、跨平台、跨行业的内容互操作问题。1.2标准定位与目标ISO/IEC3721:2023的制定目标可以归纳为以下四个核心维度：1.建立统一语义基础：定义MR/AR内容的核心对象类型及其属性集合，为不同系统间的信息交换提供共享词汇表；2.保障内容可移植性：通过平台中立的抽象建模，使数字内容能够在不同MR/AR系统之间迁移而无需重新创作；3.支撑行业应用扩展：提供可扩展的建模框架，允许针对特定行业需求（如医疗、制造、文化遗产）在核心模型基础上进行领域扩展；4.促进数据长期存档：为标准化的AR/MR内容数据提供独立于硬件和软件生命周期的可持续存档方案。二、标准研制历程2.1国际立项背景ISO/IEC3721的研制工作由ISO/IECJTC1/SC24分技术委员会主导推进。SC24是国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合技术委员会JTC1下属的专门负责计算机图形、图像处理、环境数据表示以及虚拟/增强/混合现实相关标准化工作的分技术委员会，其工作范围涵盖从底层图形编码到高层场景语义建模的完整标准化链条。随着混合现实技术的快速发展和应用领域的持续拓宽，SC24内部各国家成员体普遍认识到，缺乏统一的信息模型已成为制约MR/AR产业健康发展的关键标准化缺口。在系统梳理已有标准——包括ISO/IEC14496（MPEG-4）、ISO/IEC19775（X3D）、ISO/IEC18038（AR参考模型）等——在MR/AR内容建模方面的覆盖范围和局限性的基础上，SC24于2019年前后正式启动新工作项提案的预研工作。经过多轮国际讨论和各国意见征集，该提案获得了包括中国、韩国、德国、美国、日本等主要成员体在内的广泛支持，最终通过了新工作项（NP）立项投票，正式启动标准研制。2.2主要研制阶段ISO/IEC3721的研制工作主要经历了以下关键阶段：|阶段|时间节点|主要工作内容||------|----------|--------------||新工作项提案（NP）|2019年|完成提案编制，提交国际投票，获批立项||工作组草案（WD）|2020年|成立编辑团队，完成核心对象模型的初步定义||委员会草案（CD）|2021年|在各国家成员体范围征求意见，完善属性定义||国际标准草案（DIS）|2022年|完成国际范围内公示投票，处理各国意见||最终国际标准草案（FDIS）|2023年|最终编辑性修改，通过最终审批||正式发布|2023年9月|ISO/IEC3721:2023正式出版|在整个研制过程中，来自全球的标准化专家围绕核心对象的粒度划分、属性定义的完备性和可扩展性、与已有标准（尤其是ISO/IEC19775X3D和ISO/IEC18038）之间的协调兼容等关键议题展开了深入的技术讨论。标准的研制充分吸收了产业界的实践经验与学术界的理论研究成果，经过多轮修改和完善，最终达成了国际共识。三、标准核心内容3.1标准范围ISO/IEC3721:2023规定了一个信息模型，用于描述混合现实和增强现实内容中的核心对象及其属性。该标准定义的范围包括：-核心对象类型：在MR/AR内容中普遍存在且具有通用性的对象类别，包括但不限于空间锚点、虚拟对象、参考对象、语义标注、传感器数据源等；-对象属性框架：各核心对象类型的属性集合，涵盖标识信息、空间属性、时间属性、语义属性、视觉呈现属性、交互行为属性等方面；-对象间关联关系：核心对象之间的结构化和语义化关联，包括空间关联、逻辑关联、时序关联等；-扩展机制：允许在保持核心模型一致性的前提下，针对特定应用场景或行业领域进行对象类型和属性集的扩展。标准不限定具体的实现技术或数据编码格式，旨在提供一种与平台无关的抽象信息模型，为不同实现系统映射到具体的存储格式或传输协议提供概念基础。3.2核心对象分类体系ISO/IEC3721:2023建立了一个层次化的核心对象分类体系，主要包括以下大类：（1）空间参照类对象：用于建立虚拟内容与物理环境之间空间关系的对象类型，包括空间锚点（SpatialAnchor）、参考平面（ReferencePlane）、空间区域（SpatialRegion）等。此类对象是MR/AR内容区别于传统纯虚拟内容的最核心特征。（2）内容呈现类对象：描述在混合/增强现实环境中呈现给用户的虚拟内容实体，涵盖三维模型对象、标注对象、多媒体对象（图像、音频、视频）、文字信息对象等。（3）环境感知类对象：用于描述MR/AR系统对物理环境感知结果的对象类型，包括跟踪目标、光照估计、环境网格、遮挡物检测结果等，此类对象是实现虚实融合的关键基础。（4）交互行为类对象：定义用户与MR/AR内容之间交互方式和行为逻辑的对象类型，包括交互区域、手势区域、行为触发器、状态机定义等。（5）元数据类对象：用于描述其他对象信息的元数据实体，涵盖语义标签、权限信息、内容来源、版本信息等管理层面的属性集合。3.3属性定义框架标准为每一类核心对象定义了一组明确的属性集合，主要包括以下维度：-标识与命名属性：全局唯一标识符（GUID）、人类可读名称、别名集合等；-空间属性：位置、姿态、缩放、坐标参考系标识、空间有效性范围等；-时间属性：创建时间、有效时间窗口、持续时长、更新时间戳等；-视觉属性：颜色、材质、透明度、渲染优先级、可见性条件等；-关联属性：父对象引用、子对象集合、空间关联对象引用、语义关联对象引用等；-扩展属性：允许集成自定义属性集以满足特定应用需求。通过这一系统化的属性框架，ISO/IEC3721：2023为MR/AR内容的创建、交换、存储和归档提供了一个具有充分表达能力同时兼顾灵活性的描述工具。3.4与相关标准的关系ISO/IEC3721:2023是SC24制定的MR/AR标准族中的重要组成部分。它与以下标准存在紧密的协调关系：-ISO/IEC18038（信息技术增强现实参考模型）：ISO/IEC3721在ISO/IEC18038定义的高层参考模型框架下，进一步细化了内容层面的信息建模；-ISO/IEC19775（X3D）：ISO/IEC3721的核心对象模型可以采用X3D等三维场景描述格式作为具体编码实现，两者在语义层级保持一致；-ISO/IEC14496（MPEG-4）：在多媒体内容编码层面与MPEG-4家族标准协同工作；-ISO/IEC23488（信息技术虚拟/增强/混合现实内容与设备的视觉对象相关影像质量标准）：在视觉呈现质量层面形成互补。四、主要参与单位介绍4.1国际电工委员会（IEC）国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）是全球成立最早的国际性电工标准化机构，成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦。IEC负责电工技术和电子工程领域的国际标准化工作，与ISO（国际标准化组织）共同构成了全球两大主要国际标准制定体系。ISO/IEC3721:2023由ISO/IECJTC1/SC24分技术委员会负责制定和发布。作为IEC与ISO联合技术委员会JTC1下属的专业分技术委员会，SC24聚焦于计算机图形、图像处理、环境数据表示及虚拟/增强/混合现实相关领域的标准化工作。SC24汇聚了来自全球数十个国家的标准化专家，涵盖了学术研究机构、产业界龙头企业、政府部门及行业联盟等多元主体。在ISO/IEC3721的研制过程中，SC24充分发挥了其在国际图形标准化领域数十年积累的专业知识和技术经验。分委员会内部专门成立了MR/AR信息建模工作组，由来自韩国、中国、德国、美国等国的专家担任编辑和联席编辑。工作组定期召开国际会议和网络会议，就核心对象分类、属性定义粒度、与既有标准的映射关系等核心技术议题开展了深入而富有成效的讨论。经过近四年的研制历程，ISO/IEC3721:2023最终于2023年9月正式发布。这一标准的成功问世，不仅填补了MR/AR内容级数据建模领域国际标准的空白，更充分展示了SC24在协调多元利益相关方、凝聚国际共识方面的专业能力。五、标准的技术创新与应用价值5.1技术创新的核心贡献ISO/IEC3721:2023的技术创新主要体现在以下几个层面：1.首次在ISO层面建立了完整的MR/AR内容信息模型：虽然ISO/IEC18038建立了增强现实的参考模型，但ISO/IEC3721是第一个直接对MR/AR内容层面的核心对象和属性进行系统化定义的国际标准。2.实现了平台中立与实现无关的抽象建模：标准刻意回避了对任何特定开发平台或渲染引擎的依赖，使得不同技术路线的实现者都能在保持自身技术优势的同时，实现语义层面的互联互通。3.构建了面向可扩展性的开放式架构：通过提供清晰的扩展点和扩展规则，使得标准既适用于当前的MR/AR应用需求，又能在未来技术演进中保持活力。5.2应用价值与产业意义从实际应用的角度来看，该标准的发布具有深远的影响：-在工业制造领域，使得在不同MR/AR系统间交换装配指导、远程专家协助等数字内容成为可能，避免了重复开发；-在医疗健康领域，支持解剖模型、手术规划数据等关键内容在不同系统和机构间的安全、准确传输；-在文化遗产领域，为文物三维数字化成果和AR展示内容的长期保存和跨平台展示提供了标准化保障；-在教育培训领域，优质教育内容的跨平台共享和复用得以实现，促进了教育资源的均衡配置。六、结论与展望ISO/IEC3721:2023的正式发布是混合现实与增强现实领域国际标准化进程中的一个重要里程碑。该标准通过建立统一的MR/AR内容信息模型，为跨系统、跨平台、跨行业的内容交换与共享奠定了关键的语义基础。标准的研制过程充分体现了国际社会在新技术标准化方面的协作精神和技术智慧，其发布不仅填补了该领域内容级信息建模的标准空白，更为产业的持续健康发展提供了有力的标准化支撑。展望未来，ISO/IEC3721:2023的应用与推广将沿着以下几个方向深入推进：1.行业应用扩展：基于核心信息模型，推动面向工业、医疗、教育、文保等垂直领域的扩展标准研制；2.技术融合演进：与人工智能、数字孪生、物联网等新兴技术的深度融合，将进一步丰富信息模型的内涵和外延；3.测试认证体系构建：配套的一致性测试方法和认证体系的建立，将有效保障标准实施的一致性和符合性；4.应用生态培育：鼓励更多开发工具和平台提供对ISO/IEC3721的标准化支持，共同构建健康的MR/AR内容生态体系。可以预见，随着ISO/IEC3721:2023的深入实施和持续演进，混合现实和增强现实技术的内容互操作瓶颈将逐步破解，一个更加开放、高效、繁荣的MR/AR应用生态正在加速形成。参考文献[1]ISO/IEC3721:2023,Informationtechnology-Computergraphics,imageprocessingandenviro