地铁列车驾驶模拟器中XAudio2技术的应用分析

地铁列车驾驶模拟器中XAudio2技术的应用分析
一般情况下，为了能够让受训学员在地铁列车驾驶模拟器上获得真实的听觉效果，需要对列车驾驶中听到的各种声音进行模拟仿真。

标签：地铁列车；驾驶模拟器；XAudio2技术；应用价值
地铁列车驾驶模拟器（Subway train driving simulator）仿真系统要求尽可能还原真实的仿真系统，不仅仅需要有真实的音响效果，还需要在整个驾驶过程中给受训学员提供更为真实的视觉感。

动听且逼真的音响效果可以让更多的工作人员对驾驶模拟器中的各种声音模拟有更为真实的感觉。

从上述角度来看，对地铁列车驾驶模拟器中的声音进行仿真研究非常有必要。

1 简要分析地铁列车驾驶模拟声音仿真系统
地铁列车驾驶模拟器主要由以下几个部分组成：
（1）驾驶室操纵台——wheelhouse console；
（2）视景仿真系统——visual simulation system；
（3）控制仿真系统——Control simulation system；
（4）声音仿真系统——Sound simulation system。

地鐵列车实际运行过程中会产生各种各样的声音，主要包括以下几种噪声等：
（1）轮轨噪声——wheel-rail noise；
（2）桥隧噪声——Tunnel noise；
（3）鸣笛声——whew；
（4）电器动作噪声——Electrical noise；
（5）变频器噪声——frequency-changer crystal；
（6）空气制动声——Air brake；
（7）调车和会车连挂引起的噪声——Shunting and meeting the
noise caused by coupling。

上述7种声音均需要进行模拟，在地铁列车驾驶模拟器中，声音信息不仅仅可以使得听觉和视觉互相叠加，还能够作为视景仿真系统伴音。

举例来说，由于起雾是从远方驾驶而来发出的声音中能够让驾驶员准确判断前方的具体状况。

从上述角度来看，在地铁列车驾驶模拟器中使用XAudio2技术能够起到更大的价值。

现阶段，我国地铁列车驾驶模拟器中的声音模拟一般使用DIRECTX中的DIRECT sound组件来实现。

相比起DIRECT sound而言，XAudio2在以下两种声音中：其一，环绕声音；其二，3D声音有更大的进步，因此可以为每一个扬声器单独设置音量。

例如，配置7.1声道能够分别计算出每一个不同扬声器所需要的音量。

2 简要分析XAudio2组件
XAudio2是微软公司新推出的DIRECTX音频组件，是跨越360硬件平台和WINDOWS的音频API.XAudio2相比起之前的DIRECT sound音频接口，和box360硬件平台下的XAudio2音频接口保持高度一致，为游戏的开发提供了强大的信号处理能够。

XAudio2为box360和WINDOWS开发者提供了以下解决方案：
（1）写一次代码；
（2）编译两次。

提出上述解决方案具有以下优点：减少游戏工作人员跨平台修改代码的相关工作量。

2.1 XAudio2技术的基本概念
XAudio2组件中有以下几种类型的声音：
（1）次混音声音；
（2）主混音声音；
（3）有源声音。

XAudio2通过次混音声音、主混音声音以及有源声音等处理音频数据，从次混音声音角度来看，最主要的功能是对接收到的音频数据进行操作，在进行音频采样率转换过程中，处理完次混音声音数据后能够将另一个混音声音给传递出去。

从主混音声音角度来看，主要是将次混音声音和源声音中传递过来的数据发送给音频硬件。

从源声音角度来看，其代表的是音频数据流，继而发送数据给其他类型的声音。

XAudio2声音的一个集合是音频图，声音数据从音频图中的源声
音开始，经过一个或者多个次混音声音之后能够发送到主混音声音中，继而送到音频硬件处理中。

2.2 XAudio2技术的基本特点
XAudio2技术相比起DIRECTX音频组件下的DIRECT sound技术而言，具有以下几个方面的优点：
（1）次混音效果。

简单来讲，次混音就是一个音频流，能够将若干个声音进行混合处理，XAudio2技术恰好就是处理游戏声音中次混音效果的最佳方案。

举例来说，全部合并游戏中的音效部分之后，能够允许用户充分调节音量，与此同时游戏中的音乐部分也可以进行单独调节。

简而言之，XAudio2技术能够允许任意层次的次混音。

（2）支持压缩音频格式。

XAudio2支持压缩音频格式，在WINDOWS中能够支持ADPCM压缩格式。

（3）非阻塞API模型。

XAudio2技术所采用的调节方法一方面不会阻塞音频处理引擎，另外一方面也不需要担心XAudio2技术在其他运行中造成的音频处理引擎阻塞问题。

3 XAudio2在模拟器中的应用价值
地铁列车在运行中分为3D立体声和无方位的声音两种，例如当地铁列车在会车过程中，由于声音的多普勒效应，需要使用3D立体声音来模拟声音效果。

在驾驶室内听到的列车机械声音中基本上是无方位的声音不需要进行3D定位声音仿真，直接播放出来便可以达到最为理想的效果。

利用XAudio2技术播放无方位声音之前，首先需要初始化XAudio2，再创建一个源声音将音频数据传递给XAudio2，继而通过声音文件将音频输出设备播放出来。

另外，设置合适的声音锥能够将程序中的声音全部播放出来，在模拟会车场景中，可以将声源放在车内，设置合适的内锥角度和外锥角度。

4 结束语
综上所述，在分析列车驾驶模拟器声音的特点基础上，将模拟驾驶器中的声音分为3D立体声和无方位声音，采用XAudio2技术能够实现声音仿真。

参考文献
[1]陈嘉，钱雪军，朱鸣，等.XAudio2技术在地铁列车驾驶模拟器中的应用[J].城市轨道交通研究，2011，14（1）：98-101.
[2]陈志雄，候文军，朱金陵，等.地铁列车模拟器运动动感仿真系统研究[J].
城市轨道交通研究，2006，9（2）：27-30.
[3]闫莉丽.地铁列车模拟器[J].电力机车与城轨车辆，2006，29（4）：68-69，80.
[4]方永.基于TCN的地铁列车控制方案的研究[J].科技广场，2010，10（7）：141-143.
[5]李瑞荣，陈晓宏，谭喜堂，等.关于列车模拟驾驶器设计方案的研究[J].南方职业教育学刊，2012，02（2）：6-10.
[6]胡峰，朱金陵，郝昱，等.列车驾驶模拟器客室监控视景仿真系统的实现[J].电气技术，2009，16（9）：50-53.。