虚拟现实技术-听觉建模技术探秘

1.声音的空间分布

对任何声音都要求提供正常的空间分布，这就要求考虑被传送声音的复杂频谱。声音的传输涉及空间滤波器的传输功能，这就是在声波由声源传到耳膜时发生的变换（在时间域内，在滤波器脉冲响应中的时间信号实现同样的变换）。由于存在两只耳朵，每只耳朵加一个滤波器（由声源传到这个耳膜时发生的变换）；由于虚拟环境中多数工作集中在无回声空间，加之声源与耳的距离对应的时间延迟，因此，只需要根据听者的身体、头和耳有关的反射、折射和吸收来确定滤波器。于是，传输功能取决于人与头有关的传递函数（HRTF）。当然，在考虑真实的反射环境时，传输功能受到环境声结构和人体声结构的影响。对不同声源位置的HRTF估计是通过在听者耳道中的探针麦克风进行直接测量的。一旦得到HRTF，就可以监测头部位置，对给定的声源定位，并针对头部位置提供适当的HRTF，实现仿真。

2.房间声学建模

更复杂的真实的声场模型是为建筑应用开发的，但它不能由当前的空间定位系统实时仿真。随着实时系统计算能力的增加，这些详细模型将适用于仿真真实环境。(www.xing528.com)

声场建模的一般途径是产生第二声源的空间图。在回声空间中，一个声源的声场建模为在无回声环境中一个初始声源和一组离散的第二声源。第二声源可以用三个主要特性描述：距离（延迟）、相对第一声源的频谱修改（空气吸收、表面反射、声源方向、传播衰减）、入射方向（方位和高低）。

通常用两种方法找到第二声源，即镜面图像法和射线跟踪法。镜面图像法确保找到所有几何正确的声音路径。射线跟踪法难以预测为发现所有反射所要求的射线数目。射线跟踪方法的优点是，即使只有很少的处理时间，也能产生合理的结果。

通过调节可用射线的数目，很容易以给定的帧频工作。镜面图像方法由于算法是递归的，因此不容易改变比例。射线跟踪方法在更复杂的环境得到更好的结果，因为处理时间表面数目的关系是线性的，不是指数的。虽然对于给定的测试情况，镜面图像法更合适，但在某些情况下射线跟踪法性能更好。