GBZ 202-2026 信息技术 计算机图形图像处理及环境数据表示 虚拟、混合和增强现实（VRMAR）中对象基于模型的触觉仿真的材料属性和参数表示标准立项发展报告

信息技术计算机图形图像处理及环境数据表示虚拟、混合和增强现实（VR/MAR）中对象基于模型的触觉仿真的材料属性和参数表示标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—ComputerGraphics,ImageProcessingandEnvironmentalDataRepresentation—MaterialPropertiesandParametersforModel-basedHapticSimulationofObjectsinVirtual,MixedandAugmentedReality(VR/MAR)摘要随着虚拟现实（VR）、混合现实（MR）及增强现实（AR）技术在工业仿真、医疗培训、教育培训和远程操控等领域的规模化应用，触觉反馈已成为提升用户沉浸感与任务执行精度的关键环节。然而，当前行业内严重缺乏能够精确描述虚拟对象表面材料属性及其触觉特性的统一数据接口与参数表示规范，直接导致了触觉模型跨平台共享困难、再现失真和开发成本居高不下。本报告依托国家标准GB/Z202-2026《信息技术计算机图形图像处理及环境数据表示虚拟、混合和增强现实（VR/MAR）中对象基于模型的触觉仿真的材料属性和参数表示》的立项编制工作，系统阐述了该标准的研制背景、核心技术框架、试验验证情况、预期应用效益及未来深化方向。标准首次构建了覆盖物理属性层、感知映射层和交互响应层的三层触觉材料属性数据模型，建立了统一的材料属性参数分类体系与约束语义表达机制，为解决跨设备触觉数据互操作问题提供了可操作的技术方案，填补了我国在该领域国家标准层面的空白。关键词：触觉仿真；材料属性；虚拟现实；增强现实；数据表示；标准化；人机交互AbstractWiththelarge-scaleapplicationofVirtualReality(VR),MixedReality(MR),andAugmentedReality(AR)technologiesinindustrialsimulation,medicaltraining,education,andremoteoperation,hapticfeedbackhasbecomeacriticalfactorinenhancinguserimmersionandtaskexecutionprecision.However,theindustrycurrentlyfacesaseverelackofunifieddatainterfacesandparameterrepresentationspecificationsthatcanpreciselydescribethematerialpropertiesandhapticcharacteristicsofvirtualobjects,directlyresultingindifficultiesincross-platformsharingofhapticmodels,reproductiondistortion,andhighdevelopmentcosts.BasedontheprojectinitiationworkofthenationalstandardGB/Z202-2026,thisreportsystematicallyelaboratesthedevelopmentbackground,coretechnicalframework,experimentalverification,expectedapplicationbenefits,andfuturedeepeningdirectionsofthestandard.Thestandardpioneersathree-layerhapticmaterialpropertydatamodelcoveringthephysicalpropertylayer,perceptualmappinglayer,andinteractiveresponselayer,establishesaunifiedclassificationsystemformaterialpropertyparametersandaconstrainedsemanticexpressionmechanism,providinganoperabletechnicalsolutionforcross-devicehapticdatainteroperabilityandfillingthegapatthenationalstandardlevelinChina.Keywords:HapticSimulation;MaterialProperties;VirtualReality;AugmentedReality;DataRepresentation;Standardization;Human-ComputerInteraction一、引言1.1研究背景触觉是人类感知物理世界的重要通道，其在虚拟环境中的还原直接影响操作者对虚拟对象的认知判断与任务完成质量。近年来，伴随新型触觉渲染算法、高带宽触觉驱动设备及实时物理引擎技术的快速发展，VR/MAR系统中的触觉仿真已从早期简单振动提示演进为基于物理模型的精细化力触觉再现。在此过程中，虚拟对象材料属性的准确描述与高效传递成为决定触觉仿真质量的核心要素——不仅涉及密度、弹性模量等物理参数，还涵盖粗糙度、粘滞感等感知层面的特征映射。然而，当前国际上针对VR/MAR触觉仿真材料属性尚无统一的表示标准。各触觉设备厂商与软件开发平台各自采用私有数据格式或半公开的中间表示层，造成数据语义不兼容、参数物理含义不一致、感知标定方法各异等突出问题。具体而言，同一虚拟物体在不同触觉设备上的反馈差异可高达可观水平；同一材料属性在不同软件环境中的参数取值缺乏一致的物理基准；触觉内容资产难以在不同引擎之间完整迁移。1.2国内外相关标准情况从国际标准化格局来看，ISO/IECJTC1/SC24委员会持续推动计算机图形图像处理及环境数据表示领域的标准化工作，但现有标准主要聚焦于视觉数据的编码与会话描述，针对触觉属性的专项标准化工作尚处于探索阶段。IEEE3DBodyProcessing等相关标准亦未将触觉材料属性参数纳入核心范围。国内方面，全国信息技术标准化技术委员会围绕虚拟现实技术已陆续发布了多项基础性标准，但在触觉仿真材料属性表示方向上仍为空白。1.3立项必要性GB/Z202-2026正是在这一背景下提出的。该标准旨在构建一套面向VR/MAR环境下对象触觉仿真所需的材料属性和参数表示的统一技术框架，为跨平台、跨设备的触觉数据交换与复用提供标准依据。此项国家标准的研制将有效降低触觉内容开发成本，促进触觉技术产业链的规范化发展，并为我国在全球触觉标准化领域争取话语权奠定基础。1.4编制单位概况本标准由全国信息技术标准化技术委员会（以下简称“信标委”）提出并归口管理，由中国电子技术标准化研究院牵头，联合多家高校、科研院所和行业头部企业共同起草制定。编制过程中充分吸纳了计算机图形学、机器人学、心理学及材料科学等多学科的理论成果和工程实践经验。中国电子技术标准化研究院（CESI）作为我国信息技术领域权威标准化专业机构，长期以来深度参与ISO/IECJTC1国际标准化活动，在虚拟现实与人机交互相关标准研制方面积累了丰富的技术储备和组织经验。二、标准编制工作概况2.1任务来源与工作基础GB/Z202-2026为国家标准化指导性技术文件，其编制工作于2021年由全国信息技术标准化技术委员会正式提出立项建议，经国家标准化管理委员会批准后列入国家标准制修订计划。编制组在前期工作中系统调研了国内外主要触觉设备制造商（如ForceDimension、Geomagic、SenseGlove等）的数据接口规范、主流虚拟现实开发引擎（如Unity、UnrealEngine）中的物理材质系统以及学术界关于触觉感知建模的最新研究成果，为标准技术内容的科学性和前瞻性奠定了坚实基础。2.2编制过程与阶段成果标准编制工作严格遵循GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的要求，历经预研论证、草案起草、征求意见、试验验证和技术审查等阶段。编制组先后组织召开了多次专题研讨会，征求了来自行业企业、检测机构、高等院校等多方面的专家意见，对标准草案进行了多轮修改完善，最终形成标准送审稿并通过审查。该标准的制定填补了国内VR/MAR领域触觉数据表示标准化工作的空白。三、标准主要技术内容分析3.1范围界定与规范性引用GB/Z202-2026明确规定了VR/MAR环境中对象基于模型触觉仿真所涉及的材料属性分类体系、参数定义方法、数据类型及表示格式。其适用范围涵盖基于物理模型的触觉渲染系统设计、跨平台触觉数据交换协议制定以及触觉内容开发工具链构建。标准不涉及具体的触觉设备硬件接口参数，亦不对触觉渲染算法的内部实现细节加以限制，为技术演进保留了充足空间。标准规范性引用了ISO/IEC14772系列（VRML）和ISO/IEC19775系列（X3D）等既有国际标准中的相关概念和架构模式，确保标准之间的协调衔接。3.2术语与概念框架的规范标准系统定义了虚拟对象、触觉仿真、材料属性、感知映射、透明度等关键术语，构建了一套统一的触觉数据概念体系。其中区分了“物理材料属性”与“触觉呈现参数”这两个概念层次，明确了二者之间通过感知映射进行转换的逻辑关系。3.3三层材料属性数据模型标准首次在国家标准层面建立了覆盖物理属性层、感知映射层和交互响应层的三层触觉材料属性数据模型。（一）物理属性层提供虚拟对象材料的客观物理量描述，主要包括密度、弹性模量、泊松比、剪切模量、阻尼系数等力学参数，以及热导率、表面能等其他物理特性参数；上述参数均采用国际单位制。（二）感知映射层定义了物理属性到人类触觉感知特征的映射规则和参考阈值，涉及表面粗糙度感知、硬度感知、温度感知、粘滞感等维度，解决了由于不同国家和地区的感知差异而导致的触觉体验不一致问题。（三）交互响应层描述触觉设备与虚拟对象交互时的动态响应参数，包括接触刚度变化率、摩擦力模型系数、粘滞-滑移特性参数等，为真实感交互提供了建模数据支持。3.4参数分类体系与唯一标识规则标准按照材料大类、子类、具体参数项的层级结构，构建了系统化的触觉材料属性参数分类体系，每个参数项均分配了语义明确的唯一标识符，采用类似OID的对象标识符机制实现参数的全局唯一引用。该设计一方面便于计算机系统高效进行检索和调用，另一方面也兼顾了未来扩展的灵活性。3.5约束语义表达与数据格式规范针对同一材料在不同应用场景下属性表示不一致的问题，标准定义了“基础属性集”与“扩展属性集”的层级化表达方式，并明确了必选参数与可选参数的区分规则。数据格式规范采用可扩展标记语言和JavaScript对象表示法两种推荐编码方案，满足不同系统架构和网络传输场景的应用需求。此外，标准还建立了材料属性数据的溯源记录机制，以确保属性数据的可追溯性和可靠性。四、主要企事业单位介绍本标准的主要起草单位——中国电子技术标准化研究院（CESI，以下简称“电子标准院”）成立于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最权威的标准化专业机构之一。作为全国信息技术标准化技术委员会的秘书处单位，电子标准院长期以来致力于电子信息技术领域的标准研究、制定、试验验证、检测与认证工作，积累了极为丰富的标准化实践经验。在虚拟现实和人机交互标准化方向上，电子标准院先后组织制定了多项VR/AR领域的国家标准和行业标准，涵盖了术语定义、参考架构、设备测试方法、内容质量评价等关键环节，形成了一套较为完善的虚拟现实标准体系。特别是在基础共性标准研制方面，电子标准院深度参与了ISO/IECJTC1/SC24（计算机图形图像处理及环境数据表示）和SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码）等分技术委员会的国际标准化活动，能够及时把握国际标准化动态并积极将国内优势技术方案推向国际。在GB/Z202-2026的编制过程中，电子标准院不仅承担了标准框架设计、技术内容起草和协调组织等核心工作，还充分发挥了其在实验验证领域的优势，组织开展了多项交叉验证试验，为标准技术指标的合理性提供了翔实的数据支撑。此外，该标准的编制工作还汇聚了来自北京航空航天大学、上海交通大学、中国科学技术大学等高校在触觉渲染算法和人因工程领域的前沿研究成果，以及多家行业企业在工业仿真和医疗培训中的实际应用经验，充分体现了“产学研用”协同推进的标准研制模式。五、标准预期应用效益分析5.1技术效益5.2经济效益5.3社会效益触觉标准化将显著提升VR/MAR系统对社会各领域用户的可用性和易用性，为其在教育、康复训练和适老化应用等方面的普及创造技术条件。在无障碍设计维度，精确的触觉材料属性表示为视障人士通过触觉通道理解虚拟环境中的物体属性提供了技术可能性，有助于提高虚拟环境信息获取的无障碍水平。同时，标准的发布也为高校和职业院校相关专业的人才培养提供了权威的教材依据，对推动我国虚拟现实产业高技能人才队伍建设具有积极的引导作用。六、结论与展望GB/Z202-2026《信息技术计算机图形图像处理及环境数据表示虚拟、混合和增强现实（VR/MAR）中对象基于模型的触觉仿真的材料属性和参数表示》作为我国在该技术领域的首项国家标准层面的指导性技术文件，系统构建了面向VR/MAR触觉仿真的材料属性数据表示技术框架。标准在设计理念上充分吸收了物理属性测量的客观性与人类感知建模的主观性的双重特征，通过三层数据模型的架构创新实现了从物理世界到虚拟感知的有效映射，体现了标准技术内容的科学性、先进性和实用性。展望未来，随着柔性触觉传感器、电刺激式触觉反馈和神经接口等前沿技术的逐步成熟，触觉交互的形态和模式将持续丰富，对触觉数据表示标准化的需求也将不断深化。建议后续在以下方向持续推进标准化工作：一是加强对动态材料和可变形体触觉属性的标准化研究，拓展标准的覆盖范围；二是探索面向网络化协同场景的触觉数据实时传输协议标准化，支撑分布式触觉交互应用；三是推动将我国自主技术方案通过ISO/IEC渠道上升为国际标准，扩大中国在触觉标准化领域的国际影响力。伴随新型显示技术、人工智能大模型等技术的不断突破，触觉标准化工作必将在推动信息技术与人类感知深度融合的进程中发挥日益重要的作用。参考文献[1]GB/T1.1-2020,标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则[S].[2]ISO/IEC14772-1:1997,Informationtechnology—Computergraphicsandimageprocessing—TheVirtualRealityModelingLanguage(VRML)—Part1:FunctionalspecificationandUTF-8encoding[S].[3]ISO/IEC19775-1:2013,Informationtechnology—Computergraphics,imageprocessingandenvir