关于VR技术标准与规范综述(二)-丁茹博士

2022-11-17

本文主要接续整体建设思路,描述关于VR技术标准与规范的建设内容和当前的工作进展。

(一)基础共性标准

基础共性标准主要包括基础技术、安全与可靠性、行业管理、检测评价和媒体传播等五个部分。

1.基础技术标准

基础技术标准主要包括术语定义、参考模型、元数据与数据字典、标识等四个部分。

术语定义标准用于统一虚拟现实相关概念,为其他各部分标准的制定提供支撑;参考模型标准用于帮助各方认识和理解虚拟现实标准化的对象、边界、各部分的层级关系和内在联系;元数据和数据字典标准用于规定虚拟现实产品设计、研发、传播、应用等环节涉及的元数据命名规则、数据格式、数据模型、数据元素和注册要求、数据字典建立方法,为虚拟现实各环节产生的数据集成、交互共享奠定基础;标识标准用于对虚拟现实中各类对象进行唯一标识与解析,建设既与企业已有的标识编码系统兼容,又能满足虚拟现实发展前瞻要求的虚拟现实标识体系。

2.安全与可靠性标准

安全标准主要包括功能安全和信息安全两个部分。功能安全标准用于保证安全控制系统在危险发生时正确地执行其安全功能,从而避免因设备故障或系统功能失效而导致人身伤害、环境破坏及经济损失,主要包括功能安全要求和功能安全实施和管理等两个部分。信息安全标准用于保证信息系统不因偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露,系统能连续可靠正常地运行,主要包括软件安全、设备信息安全、网络信息安全、数据安全、信息安全防护等五个部分。

可靠性标准主要包括过程和技术方法两个部分。过程标准用于对虚拟现实系统可靠性要求、风险管理和寿命费用的分析,主要包括虚拟现实系统可靠性管理、虚拟现实装备故障预测及健康管理和虚拟现实系统综合保障等三个部分。技术方法标准用于指导虚拟现实系统可靠性分析评估和智能装备可靠性设计及试验验证。

3.行业管理标准

行业管理标准主要包括虚拟现实产业管理体系和行业虚拟现实应用管理体系两个部分,主要由相关国家法规、地方行业发展措施规定、产业联盟发布的指导意见等。

虚拟现实产业管理体系标准用于根据虚拟现实产业发展的特点和需求,聚焦制造关键环节,制定虚拟现实产业管理标准。行业虚拟现实应用管理体系标准用于指导相关行业建立创新机制,通过虚拟现实技术引入和应用进行技术升级改造,以保持可持续竞争优势,主要包括要求、基础和术语、实施指南、评估规范、审核指南等五个部分。

4.检测评价标准

检测评价标准主要包括测试项目、测试方法、测试设备、指标体系、评价方法、实施指南等六个部分。

测试项目标准用于指导虚拟现实设备和系统在测试过程中的科学排序和有效管理。测试方法标准用于针对不同类型的虚拟现实装备和系统,制定包括试验内容、方式、步骤、过程、计算分析等内容的标准。测试设备标准用于保证虚拟现实装备质量和系统测试过程中,测试设备的稳定运行和测试指标的精准可靠。指标体系标准用于对各虚拟现实应用领域、应用企业和应用项目开展评估,促进企业不断提升虚拟现实水平。评价方法标准用于指导虚拟现实企业开展项目评价,制定虚拟现实评价指标体系。实施指南标准用于指导虚拟现实项目评价过程中开展具体实施工作。

5.媒体传播标准

鉴于虚拟现实内容是一种新兴的传播媒介,还应按照国家法律法规对相关传播媒介的选择、速度、效果及经济性指标进行规范,以满足行业发展的需求。

(二)关键技术标准

关键技术标准主要包括芯片配件、硬件设备、软件工具三部分。

1.芯片配件标准

由主控芯片、GPU芯片、RFID芯片、高清视频编解码芯片、高性能显卡、惯性传感器、速度/加速度传感性、各种视觉/听觉/触觉/力觉传感器、定位器、机械设备电动/液压配件等相关标准组成。以GPU芯片为例,要求性能每秒必须达到3亿的三角形输出率才符合入门级别VR产品的要求。

2.硬件设备标准

由头盔显示器、VR一体机、数据手套、数据衣、人体运动捕捉、眼动仪、三维扫描仪、视音频设备等相关标准组成。以头盔显示器为例,除考虑重量、尺寸、光学参数、显示器元件参数、接口参数等整体性能参数以外,还应考虑设备成本、设备可获得性、创新度、空间利用度、扩展性、二次开发能力等指标参数。

3.软件工具标准

由视频采集、三维重建、投影拼接、物理反馈、三维建模、图形渲染、开发工具等相关标准组成。由图形渲染引擎为例,主要考虑是否开源、运行帧率、复杂场景测试要素、多屏绘制等性能参数。

(三)内容制作与系统研发标准

由三维建模、全景照片、VR视频、VR电影、VR游戏、VR新闻、VR直播、VR系统研发等相关组成。

在内容制作方面,以三维建模为例,考虑模型制作规范、模型命名、层次模型、材质和贴图类型、贴图的文件格式和尺寸等指标。

在虚拟现实系统研发方面,VR系统的设计与研发应选择合理的设计顺序和方案,多通道虚拟现实系统搭建步骤包括任务分析、确定系统类型和参数、选择硬件配置、搭建硬件平台、硬件调试、软(硬)件几何校正、区域融合(亮度、色度校正)、其他设备调试、工程应用等若干环节,还应注意规范使用、安全使用、日常维护等问题。

(四)用户体验标准

包括基本功能体验、人机交互体验、虚实融合体验、分布共享体验和服务模式体验等五个部分。

1.基本功能体验

基本功能体验标准用来衡量用户使用虚拟现实系统对其基本功能的满意程度,主要来源于功能测试结果和用户在情感、信仰、喜好、认知印象、生理和心理反应行为上的感受。

2.人机交互体验

人机交互体验标准是用户在使用VR系统尤其是VR设备进行交互时所需要的视觉、听觉、触觉、力学等生理反应参数和动作捕捉、手势识别、方向追踪等性能参数,以及对交互操作的复杂度、舒适度、符合自然交互的程度等的衡量。例如,在视觉交互上形成的低于20ms延时、75Hz以上屏幕刷新率等指标。

3.虚实融合体验

虚实融合体验主要是针对AR和MR系统,主要涉及实时跟踪的速度和精度、三维注册精度、光照一致性、深度一致性等参数。规范AR和MR系统的相关标准,有利于为用户提供更好的体验。

4.分布共享体验

分布共享体验针对分布式虚拟现实系统,主要指标包括网络传输速率、延时、时空一致性等指标。

5.商业服务体验

目前,绝大部分虚拟现实系统直接面向普通消费者,因此非常适合发展体验式商业服务模式,如VR影视、VR购物等。商业服务体验标准主要考虑服务定位的精准性,服务体验场所的建筑形态、装潢布置、产品陈列的视觉冲击力、美感,服务内容的特色性、文化性等指标。

(五)行业应用标准

依据基础共性标准和关键技术标准,围绕国家和行业提出的虚拟现实产业发展政策措施所提出的重点应用领域,优先在工业设计制造、农业、国防、教育、医疗等行业率先实现突破,并逐步扩展覆盖各行业应用领域,主要建设内容是结合本行业发展需求,制定重点行业的虚拟现实应用标准。虚拟现实行业应用标准与行业本身标准体系之间不是从属关系,内容存在交集。例如,工业领域虚拟现实技术应用标准体系用于指导工业相关装备、产品在设计、制造、试验、维修和工程建设等领域应用虚拟现实技术进行系统研发、产品嵌入、技术改造等相关的内容。

三、当前进展

当前,虚拟现实标准体系建设还面临四大挑战:

一是VR还处于发展初期,没有形成产业生态,内容制作、交互方式、硬件规格还在不断演进当中,现在做标准比较超前。以VR头盔为例,其舒适度感知因人而异,受个人主观心理和生理因素影响很大,VR标准不一定能够满足不同用户体验的最低要求。但头盔标准只能从技术参数和测试方面去设定,无法完全保证VR体验。

二是VR技术处于百家争鸣的阶段,以空间定位技术为例,有的厂商采用红外定位方案,精确度高,但是过于昂贵;有的厂商采用激光定位方案,精度比较高,但安装比较烦琐;还有的厂商采用可见光定位方案,虽然廉价,但限制因素较多,室内光线不能太强,否则对定位有影响。各个厂商空间定位技术方案不一样,很难制定硬件规格。

三是VR标准技术指标的科学性存在争议。对于标准中明确的技术指标,需要通过试验研究的方式,反复论证指标是否科学,同时,市场的实际情况也是需要考虑的一个实际因素。

四是制标只是VR标准建设的第一步,还需要长期的验标、用标和推广的过程。

但是,即使有以上问题,虚拟现实学术界和产业界仍积极开展标准化工作,并取得了一定成效。2016年8月召开的第30届ISO/IEC JTC1/SC24(计算机图形图像处理及环境数据表示分技术委员会)全会及工作组会议上,提交了《Virtual Human Interaction(虚拟人体交互)》、《Test Automation Framework For VR(VR自动化测试框架)》两项标准,改变了我国在虚拟现实国际标准化领域处于空白的现状,扩大我国在虚拟现实国际标准化领域内的影响力和号召力。目前,工业和信息化部中国电子技术标准化研究院和新华网已启动了“虚拟现实/增强现实(VR/AR)国家及行业标准征集平台”项目,面向全社会征集虚拟现实和增强现实国家及行业标准。

总之,虚拟现实标准体系建设是一项复杂的系统工程,不可能一蹴而就。因此,需要运用系统的分析方法对虚拟现实标准化对象及其相关要素所形成的系统进行整体标准化研究,在此基础上,坚持理论与实际应用相结合,采取试点、评估、优化、推广、反馈的工作方式,通过不断的闭环迭代,逐步形成适合我国国情的虚拟现实标准体系,引领虚拟现实产业及其相关战略新兴产业健康发展。