ISO 9241-8202024 人与系统交互的人类工效学第820部分包括增强现实和虚拟现实在内的沉浸式环境中交互的人类工程学指南标准立项发展报告

ErgonomicsofHuman-SystemInteraction—Part820:ErgonomicGuidanceonInteractionsinImmersiveEnvironments,IncludingAugmentedRealityandVirtualReality标准化发展报告摘要随着增强现实（AR）、虚拟现实（VR）及混合现实（MR）等沉浸式技术的快速成熟与规模化商用，人类与系统之间的交互模式正经历从二维图形界面到三维空间感知的根本性变革。这一变革在带来全新体验维度的同时，也引发了视觉疲劳、运动眩晕、空间认知失调、隐私安全及社会伦理等新型人因风险，对传统人机交互标准体系提出了严峻挑战。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2024年4月22日正式发布ISO9241-820:2024《人与系统交互的人类工效学第820部分：包括增强现实和虚拟现实在内的沉浸式环境中交互的人类工程学指南》。该标准作为ISO9241系列标准族在沉浸式交互领域的关键扩展，首次系统性地构建了覆盖沉浸式环境人因设计全过程的框架性指南，内容涵盖沉浸式环境的工效学原理、交互技术选择、感知与认知特征、用户状态监测、舒适性与安全性保障，以及特殊人群的无障碍需求等核心维度。本报告全面梳理该标准的制定背景、主要内容、关键技术要点与应用价值，分析其对产业界的指导意义，并展望沉浸式交互标准化工作的未来发展方向。该标准的发布为全球AR/VR/MR产品的设计、开发、评估与采购提供了统一的人因工程学依据，对于推动沉浸式技术健康、安全、可持续发展具有里程碑意义。关键词：沉浸式环境；增强现实；虚拟现实；人类工效学；人机交互；ISO9241-820Keywords:ImmersiveEnvironments;AugmentedReality;VirtualReality;Ergonomics;Human-ComputerInteraction;ISO9241-820一、引言1.1研究背景近年来，沉浸式技术经历了从实验室概念到消费级产品的跨越式发展。据国际数据资讯（IDC）预测，全球AR/VR头显出货量在2024年已突破千万台量级，市场规模持续以两位数百分比增长。与此同时，沉浸式技术已从游戏娱乐领域迅速渗透至工业制造、医疗健康、教育培训、建筑设计、军事仿真等专业应用场景。然而，技术的高速发展并未同步解决人因工程学层面的系统性挑战。多项研究显示，沉浸式环境中的使用者普遍面临视疲劳、晕动症、空间定向障碍、手眼协调冲突等问题，严重的个体甚至出现持续性姿势不稳等后遗症状。这些问题不仅影响用户体验与任务绩效，更构成了安全风险与职业健康隐患。从国际标准化的视角来看，虽然ISO9241系列标准在传统人机交互领域已积累了数十年的丰富经验，但沉浸式环境因其三维空间呈现、全包围视觉刺激、多感官通道融合、身体自由度增加等根本性特征，使既有标准中的大量指南无法直接适用。这一标准空白不仅令产品开发者缺乏统一的设计依据，也使采购方和监管机构难以建立有效的评估基准。1.2标准制定历程ISO9241-820:2024的制定工作由ISO/TC159（人类工效学技术委员会）下属的SC4（人机交互、可及性与无障碍工效学）分技术委员会主导推进。标准制定工作组建了专项工作组WG8（沉浸式环境工效学），汇集了来自全球的人因学专家、认知心理学家、虚拟现实工程师及行业代表。该标准从立项到正式发布历时约三年，历经委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等多个阶段，其间广泛征询了来自各国标准化机构、学术界的意见，最终于2024年4月22日正式出版。二、标准范围与定位2.1适用范围ISO9241-820:2024明确规定了沉浸式环境中人机交互的工效学设计要求与评估指南。标准的适用范围涵盖以下三个核心维度：（1）技术类型维度：适用于包括增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）在内的各类沉浸式技术。无论其实现方式是头戴式显示设备、投影式CAVE系统抑或手持式移动设备，均在本标准的考量范围之内。（2）应用场景维度：覆盖娱乐、教育、培训、医疗、工业设计、远程协作、数据可视化等各类应用场合，特别关注涉及安全关键任务的专业应用场景。（3）使用阶段维度：贯穿系统的设计开发、部署实施、运行使用与维护更新全生命周期。2.2标准定位与体系关联本标准的定位可概括为：为沉浸式环境的人机交互提供"顶层工效学框架"，而非针对具体技术实现的硬性规范。这一灵活的定位使标准能够适应快速迭代的技术演进态势，避免因技术换代而过早失效。从标准体系结构来看，ISO9241-820:2024属于ISO9241标准族"人与系统交互的人类工效学"的第820部分。该系列标准有着清晰的内在逻辑：其中，ISO9241-110（交互原理）确立了人机交互的通用人因设计原则，ISO9241-125（视觉信息呈现指南）等标准聚焦于二维界面的具体设计约束。本标准的独特之处在于，它将上述通用原则扩展到三维沉浸式情境中，同时补充了沉浸式环境特有的工效学考量维度，如空间存在感、深度感知、运动反馈的一致性等。标准并未取代或废止系列中任何既有标准，而是与之形成互补关系，共同构建完整的人机交互工效学标准框架体系。三、标准主要内容框架ISO9241-820:2024在结构编排上遵循了从一般到特殊、从原则到实践的递进逻辑。标准正文共分为十余个章节，涵盖以下核心内容模块。3.1沉浸式环境的工效学原理与设计原则标准首先界定了沉浸式环境的基本概念与分类谱系，明确了MR、AR、VR之间的连续统一体关系。在此基础上，标准提出了十项基础工效学设计原则，包括：用户中心性、任务适配性、感知真实性、交互自然性、舒适性优先、安全保障、可学习性、容错性、隐私保护与包容性设计。这些原则并非孤立罗列，而是强调在具体设计实践中需权衡取舍——例如，在安全培训模拟中，感知真实性可能优先于交互自然性；而在消费级娱乐应用中，舒适性与易用性可能占据更高权重。3.2交互技术与设备选择指南沉浸式系统的交互模态高度多样化，涵盖手势识别、眼动追踪、语音输入、触觉反馈、手柄控制器、全身动作捕捉等多种方式。标准针对不同交互技术的工效学特征和适用场景进行了系统分析，为设计者提供了基于任务需求、用户特征和环境约束的选型决策框架。特别值得关注的是，标准对多模态交互的整合策略提出了专门指南，强调各模态之间的时间同步与语义一致性。3.3感知与认知特征考量此部分是标准的核心技术内容之一。标准从视觉感知、听觉感知、触觉感知、前庭感知等多个通道出发，详细阐述了沉浸式环境中人体感知系统的工作原理和潜在冲突源。在视觉方面，标准深入分析了辐辏-调节冲突（vergence-accommodationconflict）这一导致视觉疲劳的首要因素，并就视场角、分辨率、刷新率、延迟控制等关键显示参数给出了人因学参考建议。在认知层面，标准讨论了空间认知、注意力分配、态势感知和认知负荷管理等议题，特别关注沉浸式环境中"存在感"（presence）与任务绩效之间的复杂关系。3.4舒适性、健康与安全要求沉浸式环境的健康与安全问题一直是制约其规模化应用的关键瓶颈。标准对此领域给予了重点关注，创建了系统性的风险评估框架。标准不仅涵盖了晕动症（cybersickness）的预防措施，还讨论了长时间使用对视功能、颈肩部肌肉骨骼系统的影响，以及沉浸式环境中意外碰撞等物理安全风险。标准建议设计者建立"舒适性预算"概念——即在特定应用场景下，对视觉负担、动作幅度、持续使用时间等因素进行统筹规划。3.5特殊人群与包容性设计标准专设章节讨论特殊人群的工效学需求，包括老年人、儿童、身体残障人士以及临时性功能障碍者（如受伤恢复期人群）在沉浸式环境中的特殊交互需求和限制。标准强调，包容性设计不应仅被视为合规要求，更应作为扩展用户群体、提升产品竞争力的策略性考量。四、标准的创新性与突破4.1量化参数的折中处理在制定过程中，标准委员会面临的最大难题之一是如何处理具体技术参数的量化问题。部分成员提出应规定精确的刷新率阈值、延迟上限或视场角范围，但也有成员主张此类参数会因技术快速发展而过时。最终的成果体现了一种"有原则的灵活性"——标准虽未提供固定的硬性量化指标，但提供了一套用于建立量化指标的系统方法论，包括测量方法、阈值确定流程和验证程序，并援引了大量ISO其他标准的具体数值作为参考示例。4.2从"界面设计"到"体验设计"的范式跃迁与ISO9241系列中的传统标准相比，本标准的视角发生了根本性转变。在老一代标准中，人机界面被视为一个"面板"或"窗口"，设计者关注的是信息呈现的清晰度与操作通道的效率。而在沉浸式环境中，用户不再"面对"界面，而是"身处"环境之中。这一转变将设计对象从界面扩展至整个用户体验的空间-时间维度，将情感因素、沉浸度、存在感等主观体验维度纳入了工效学考量的范畴，体现了工效学从"防止伤害"到"促进幸福"的理念演进。4.3与新兴技术标准的协同标准的制定充分关注了与其他新兴技术标准之间的接口关系。在人工智能集成方面，标准考虑了智能自适应界面的人因设计要求；在物联网支持方面，考虑了物理环境感知与响应的交互一致性需求；在数据安全方面，则与ISO/IEC27001等安全管理标准保持了协调一致性。这种前瞻性的框架设计使本标准能够适应未来5至10年的技术演进需求。五、标准实施与应用前景5.1对产品开发者的指导意义对AR/VR/MR设备的制造商与内容开发者而言，本标准的发布填补了"从技术可行到人因合理"的实践鸿沟。在产品研发流程中，设计团队可将本标准的指南整合至用户研究与可用性测试环节，形成更具系统性的评估工具。产品经理可依据标准的框架编制产品需求文档中的人因工程学章节，使需求描述更具可量化性和可验证性。5.2对行业用户的价值5.3对合格评定与认证的支撑随着沉浸式产品市场规模的扩大，第三方认证与合格评定需求也日益增长。本标准的发布为相关认证提供了统一的技术依据，有助于构建权威、公正、透明的市场准入机制。六、标准修订机构概况6.1ISO/TC159概况ISO/TC159（人类工效学技术委员会）成立于1975年，是国际标准化组织下属专门负责人因工程学领域标准制定的技术委员会。其秘书处由德国标准化学会（DIN）承担，主席国为日本。TC159下设多个分技术委员会，其中与本文所涉标准直接对应的是SC4（人机交互、可及性与无障碍工效学），其秘书处由瑞典标准协会（SIS）承担。6.2主要参与单位介绍在本标准的制定过程中，德国联邦职业安全与健康研究所（BAuA）和德国标准化学会发挥了核心推动作用。BAuA作为德国国家级职业安全与健康研究机构，在虚拟现实工作环境人因研究领域积累了丰富的研究数据，其在视觉工效学、晕动症预防方面的研究成果为本标准的多个技术章节提供了关键输入。与此同时，美国国家标准协会（ANSI）下属的人因工程学会（HFES）专家团队在标准的框架构建阶段扮演了重要角色。来自美国华盛顿大学人机交互实验室的研究团队特别在沉浸式环境中认知负荷评估模型的构建方面贡献了可操作的解决方案。此外，中国标准化研究院也参与了标准的制定过程，在特殊人群包容性设计等章节中提出了建议，体现了中国在工效学标准化领域日益提升的话语权。七、结论与展望ISO9241-820:2024的发布是沉浸式技术标准化进程中的重要里程碑。作为ISO9241系列中首个针对沉浸式环境的专门标准，它回应了产业界对系统性人因指南的迫切需求，为AR/VR/MR技术的健康发展和规模化部署提供了权威的技术支撑。展望未来，本标准预计将在以下方面产生持续影响：第一，推动各主要经济体将沉浸式环境的人因评估纳入产品市场准入和职业安全监管框架；第二，催生一系列与本标准配套的细分领域标准，如沉浸式环境中的多模态交互评估方法标准、特定行业（医疗、教育、工业）的沉浸式应用工效学标准等；第三，随着眼动追踪、脑机接口等新型交互通道的日趋成熟，标准体系需要不断修订与扩展，保持与技术进步的同频共振。可以预见，ISO9241-820:2024将在未来数年内成为全球沉浸式人机交互设计的事实基准。科研机构可以其为框架开展实证研究，产业界以其为指引优化产品设计，监管方以其为依据完善治理体系——多方合力之下，真正实现"以人为中心"的沉浸式技术发展愿景。参考文献[1]国际标准化组织.Ergonomicsofhuman-systeminteraction—Part820:Ergonomicguidanceoninteractionsinimmersiveenvironments,includingaugmentedrealityandvirtualreality:ISO9241-820:2024[S].Geneva:ISO,2024.[2]国际标准化组织.Ergonomicsofhuman-systeminteraction—Part110:Interactionprinciples:ISO9241-110:2020[S].Geneva:ISO,2020.[3]国