三维虚拟声音仿真方法

三维虚拟声音仿真方法

【摘要】本文利用Directsound 3D技术研究虚拟声音系统，系统仿真程序设计及主要编程思想利用Visual C + +平台开发示例程序3D sound，实现虚拟环境实现声音效果。

【关键词】3D；sound

虚拟现实技术是近年来十分活跃的研究领域之一，是一系列高新技术的汇集，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。虚拟现实技术在军事、航天、医学、教育、娱乐等领域具有广泛的应用价值。为了让用户产生更加强烈的沉浸感，在生成’-图形的同时，还可以提供逼真的’-声音效果。作为虚拟现实系统中必须的部分，虚拟声音系统的研究也受到了极大的重视。DirectSound 3D是微软公司所推出的，它利用声音大小的比例调整多卜勒效应，来达到以软件来模拟3D音效的效果，创立了在三维空间定位音效文件的标准方式。任何应用程序透过它和支持DirectSound 3D的声卡，便可以获得所需的效果。由于这是许多声卡厂商与微软共同制定的，现在大部分的声卡都支持这项技术。本文利用Directsound 3D技术实现虚拟环境实现声音效果。

1.仿真原理

Directsound 3D是通过软件模拟来实现3D音效的，所以要先讲一下Dsound 的3D模拟空间。这个空间类似现实空间，可以用笛卡儿坐标系来描述Dsound 的3D空间，有x，y，z三个坐标轴坐标轴。

在这个模拟空间中Dsound提供了模拟的声源对象和倾听者对象（listener），声源和听者的关系可以通过三个变量来描述：在三维空间的位置，以及运动的速度，以及运动方向。

位置即声源和听者在三维空间的所在位置，随着两者的相对位置不同，则听者便会听到不同的声音效果。

速度为声源和听者在三维空间中的移动速度，此项特性同样会改变两者在空间的坐标，以产生不同的声音效果。

声源和听者相对运动的方向也会影响听者听到的声音效果，因为声音是具有方向性的。这个下面会谈到。

知道了3D声源以及3D环境中的听者，那么怎么产生3D音效呢？一般来说，在产生3D音效的时候，主要有下面的几种情况，一是声源不动，而听者在模拟的3D空间进行运动，二是听者不动，让声源在模拟的3D空间进行运动，三是听者和声音同时在运动。如下图1、2所示。

Directsound给我们提供了听者和声源对象的接口，我们可以通过上面提到的三种方式设置改变声源或者听者的位置，运动速度和方向就可以形成3D音效了在3D环境中，我们通IDirectSound3DBuffer8接口来表述声源，这个接口只有创建时设置DSBCAPS_CTRL3D标志的Directsound buffer才支持这个接口，这个接口提供的一些函数用来设置和获取声源的一些属性。在一个虚拟的3D环境中，我们可以通过主缓冲区来获取IDirectSound3DListener8接口，通过这个接口我们可以控制着声学环境中的多数参数，比如多普勒变换的数量，音量衰减的比率。

2.设计方案

3.仿真结果

根据上述介绍的方法，采用D irectSound维声音程序初始界面具，在V isual C+ + 6.0 中实现了程序的具体实现。通过下拉菜单可以测试三维声音在不同角度的效果。这样就可以利用D irectSound 技术，通过VC6. 0 编程对三维声音进行了实时仿真，程序较好地实现了声音的三维效果。

参考文献

[1]B radley Bargen，Peter Donnelly Inside D irectX[M].北京：北京希望电子出版社，1999.

[2]何正伟，杨宏军，花传杰.实时三维声音仿真系统的设计与实现[J].计算机应用研究，2002，19（1）：23225.

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