虚拟环境中真实感空间声合成*

虚拟环境是用多种媒体构造的一个仿真视听等多方面感知效果的高级人机界面．本文提出全面表达声音时空信息的思想，讨论了用有限个音箱表现任意空间声的时间真实感和空间真实感．通过对声音空间感实质的分析，提出了基于三维空间向量分析的真实感空间声合成算法和基于限时计算的系统实现方法．与基于双耳相关函数的空间声合成方法相比，本方法能在较少的计算时间内合成更真实的空闽声．     

基于DirectSound实现三维真实感声音生成

听觉通道是虚拟环境系统中最重要的接口之一，真实感声音模拟是构建高度真实感和沉浸感虚拟环境不可或缺的一部分。DirectSound对三维真实感声音模拟提供了很好的支持，是目前在真实感声音生成领域非常优秀的开发接口。该文简要介绍了真实感声音生成的相关理论，使用DirectSound模拟真实感声音涉及到的几个接口对象，详细论述了影响虚拟环境中三维声音听觉效果的因素。以及如何利用DirectSound程序开发接口实现这些因素对三维声音听觉效果的影响。最后给出了使用DirectSound生成三维真实感声音的具体步骤，并开发了一个简单的测试程序。     

基于声矢量传感器阵的酉MUSIC算法

声矢量传感器同时拾取空间同点的声压振速信息,为阵列信号处理提供了更多的信息。酉MUSIC算法可以降低计算复杂度,提高方位估计性能。综合二者优点,提出了基于声矢量传感器阵的酉MUSIC算法。构造了广义转换矩阵,通过合成复观测数据及其共轭,实现了协方差矩阵的实值特征分解,降低了计算量。仿真与湖试结果表明,与已有算法相比,该方法具有计算量小和背景噪声低等优点。     

快速三维声音渲染算法

虚拟声环境是构筑具有高度真实感和沉浸感的虚拟现实系统不可缺少的一部分.为了克服传统虚拟声环境构筑中存在的一些问题,如算法的时间复杂度较大、声源表示的单一化问题等,因此提出了快速声线追踪法的概念,并针对其3个组成部分,即声音信号的表示和建模、声信号的传播过程模拟及声信号的感知进行了较为深入的研究,从而为虚拟声环境的构筑和应用奠定了一定的理论基础.主要的研究内容涉及以下几个方面声音信号的带通分频处理,不同频段的声音信号传播处理,声音分量的时序合成以及实时三维漫游中的声音同步等.     

深度跨模态环境声音合成

随着计算机图形学技术的不断发展,用户对视频及动画的声音质量提出了更高的要求.针对现有方法中存在的算法复杂度高,可扩展性不强等问题,提出一种基于CGAN和SampleRNN的深度学习的环境声音合成算法,采用VGG网络模型提取视频深度特征.并将视频深度特征通过一个时序同步网络模型,实现具有更高同步性的视频到音频的跨模态特征转换;通过音色增强网络模型对合成声音的音色进行增强,以提高网络结构的可扩展性,并得到最终与视频同步的、真实感较强的环境声.通过对音视频跨模态数据集中12类不同类别视频进行训练与测试,结果的主观与客观评价表明,文中算法所生成的结果真实感强,提高了现有算法的可扩展性.     

声学仿真中的人工神经网络方法

虽然许多研究人员已认识到三维真实感声音在未来人机交互中的重要地位，但是三维真实感声音在计算机领域的真正实现仍有不少障碍有待克服．基于对声学及心理声学最新研究成果的调查和分析，本文设计并实现了一个基于神经网络方法的ＨＲＴＦ（ｈｅａｄ－ｒｅｌａｔｅｄｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ）模型，用于三维真实感声音的生成．模型中的数据可通过网络学习进行重新设置，以满足多种场合的需要．并且，通过神经网络的非线性拟合能力，可以获取空间任意位置的ＨＲＴＦ数据．初步的实验表明了该方法的有效性和正确性．     

基于生态声学的虚拟现实影视声景指数量化

针对目前虚拟现实影视作品中声音设计过程中缺乏客观量化指标、过于主观的问题,提出一套基于生态声学的虚拟现实影视声景量化方案.依据生态声学研究理论基础,方案将影视声景元素根据其发声动机划分成自然声、人为声和地球声三个部分,在该分类的基础上,通过计算各类别之间的比例来量化影视声景设计中关于地点、时间、天气等因素.实验样本来源...     

基于粒子系统的蜡烛火焰实时模拟

应用粒子系统模拟模糊不规则物体的关键问题是真实感和实时性，在剖析影响真实感和实时性的因素基础上，提出了提高粒子系统真实感和实时性的有效方法。为提高真实感而将粒子、粒子源、力产生器统一在一起，即将粒子源、力产生器和可视化粒子看作都由力驱动。用合适的力类产生较好的火、烟、云及爆炸的实时模拟，用OpenGL显示列表技术提高绘制效率，简化粒子的碰撞处理来减少计算复杂性，利用层次空间减少计算工作量。实验结果表明，该方法满足实时性和真实感的要求。     

空间态势中航天器轨道的可视化方法

为增强空间场景真实感,反映航天器运行趋势,提出了航天器轨道的可视化方法。基于IAU2006岁差章动模型进行轨道计算以确保计算精度;针对空间态势轨道绘制中多航天器、多时间点同时计算需求,应用平衡查找树和章动近似的方法提高效率;设计了地球固联坐标系和J2000.0协议天球坐标系下的轨道绘制方法获得不同的显示效果。上述方法已成功应用于空间态势系统。     

基于TFDA的有限空间多目标声定位方法

针对有限空间中多途干扰导致多目标声定位方法性能下降的问题,在分析了主动定位和被动定位模型适用性的基础上,提出将基于短时傅里叶变换（STFT）的单频信号强度提取与二次相关结合的方法应用于声发射信号声达时频差（TFDA）的测定,并采用多个全指向电容式麦克风进行声定位实验。首先,对麦克风接收到的声信号进行放大预处理;其次,利用接收到的锚节点扬声器定时循环发射的声信号计算声达时频差;最后,各目标利用混合求解的方法进行自主定位。实验表明该方法能够有效实现有限空间多目标定位,定位均方根误差达到5cm,相对精度达到3%。     

基于粒子系统的蜡烛火焰实时模拟

应用粒子系统模拟模糊不规则物体的关键问题是真实感和实时性,在剖析影响真实感和实时性的因素基础上,提出了提高粒子系统真实感和实时性的有效方法。为提高真实感而将粒子、粒子源、力产生器统一在一起,即将粒子源、力产生器和可视化粒子看作都由力驱动。用合适的力类产生较好的火、烟、云及爆炸的实时模拟,用OpenGL显示列表技术提高绘制效率,简化粒子的碰撞处理来减少计算复杂性,利用层次空间减少计算工作量。实验结果表明,该方法满足实时性和真实感的要求。     

基于模拟退火算法的水彩画仿真

为了快速有效地进行水彩非真实感绘制,综合考虑了工具材质的物理特性和视觉特征,提出一种基于模拟退火算法的水彩画计算机仿真方法.通过定义颜料颗粒解、产生函数和冷却进度表,并且利用解空间的迭代计算模拟水彩动静态属性.为了增加绘制效果真实感,利用Ashikhmin纹理映射算法合成水彩纸的自然背景纹理,并修正和迁移了光学库伯卡-芒克模型以融合纹理基质和颜料涂层,仿真了水彩肌理性特征.实验结果表明了该方法的有效性.     

基于神经网络的变压器故障声识别研究

作为新兴的变压器故障识别技术，声音识别对于变压器故障的识别尤为重要，然而在声音识别过程中，常常受到环境中其他声音的影响而降低识别的准确率，基于此，文章提出一种基于MFCC声音特征提取以及人工神经网络（ANN）模型相结合的变压器故障声音识别的方法，为了提高模型的训练精度，文章对比分析了Levenberg-Marquardt算法、Bayesian Regularization算法以及Scaled Conjugate Gradient算法的收敛性与准确性，选取收敛速度快、误差较小的Levenberg-Marquardt算法来实现ANN模型的误差反向传播并完成故障诊断的验证，验证结果表明，文章所采用的模型对于100个验证样本数据的预测准确率为92%，最终证实模型能够很好的应用于变压器故障的声识别。     

基于信号处理的声音模式识别过程及方法研究

基于信号处理的声音特征提取和模式识别技术近些年发展较快，声信号具有精确性和稳定性等特点，借助计算机技术运用信号处理的方法对物体发出的声音进行分析，提取其振动特征量，可以为物体运转情况的预测提供精准的数据分析依据。声音模式识别在无人职守、故障检测、灾害预防等方面具有很广阔的应用前景。该文主要介绍了在声音模式识别的一般过程，其中包括声信号预处理、特征提取、模式分类过程的方法。基于信号处理的声音模式识别，主要是利用信号处理的方法手段，对信号进行分析，提取频域、时域、幅域特征，对这些特征进行统计分类，应用数学方法，设计合理的分类器．达到分类识别的目的。文章中主要对在信号处理的过程中所涉及到的方法进行了研究。     

复用计算的虚拟肝脏体纹理合成与映射方法

虚拟手术中器官纹理能够给用户直观反映,加强临场感和操作感。研究在虚拟肝脏手术中纹理的表现技术,先合成体纹理空间,把二维情况下基于复用计算的纹理合成技术进行改进,扩展至三维空间中进行体纹理块分布并着色;同时计算每个三角面片内部点集并着色,以此增加纹理的真实感;切割肝脏体能看到内部纹理。实验结果表明,该方法能够生成具有高度真实感以及同样本体纹理相似的三维纹理,且合成速度能够满足虚拟手术要求。     

用整零分测技术精确检测声传播时间

分析了传统声传播时间检测方法——直接时间差法和相位差法的特点，在此基础上提出了既有二者优点、又克服了二者缺点的声传播时间整零分测技术，实现了对声传播时间宽范围、高精度的检测，同时对基于该技术的声传播时间检测系统的硬件软件进行了设计；实际证明，利用该技术所设计的系统对声传播时间的检测精度可达到0．5ns，通过提高超声波频率和ADC位数，ps级的检测精度也可以达到。     

基于物理的流体运动模拟方法研究

提出了一种基于物理的流体运动模拟方法,同传统的模拟技术相比,基于物理的模拟更能表现真实感运动。选用的物理模型是完整的Navier-Stokes方程组,针对完整的Navier-Stokes方程组,利用破开算子法将模型分解成外力、对流、扩散和投影项分别进行计算。因为每一步都稳定,所以整个求解过程也稳定。因此可以用大时间步长来模拟流体运动。Navier-Stokes方程组保证了真实感,而此求解方法保证了效率。     

光声光谱式甲烷气体传感器的研究

根据物体在周期性变化的光的照射下会产生声音信号的现象,提出了一种基于光声光谱理论的甲烷气体检测的方法.根据比尔-朗伯定律,经过调制的平行光束通过不同体积分数的甲烷气体时,其光强将会发生不同程度的衰减,若衰减后的光束进入光声腔,将会在光声腔内产生光声信号,通过测定光声信号的幅值来达到检测甲烷气体体积分数的目的.此方法相对于通常的光谱法,增加了把热能转换为声信号的过程,具有极高的精确性和可靠性,为设计高灵敏度瓦斯传感器的研究提供理论依据.     

利用扫频畸变产物耳声发射实现听力损失的快速检测

畸变产物耳声发射(Distortion Product Otoacoustic Emission,DPOAE)是在两个固定频率的纯音刺激下,由健康人 耳主动向外发射的声音能量。DPOAE 耳声发射信号的存在与人耳的健康状况密切相关,因而它的检测被广泛用于新生儿 听力筛查和成人听力检测。然而,目前的 DPOAE 检测技术存在操作复杂、分辨率低、测试时间长等不足。本文提出用频 率随时间线性增加的扫频信号替代纯音作为刺激声诱发 DPOAE 耳声发射,以克服当前方法的不足。该扫频方法采用“三 段式”播放组合消除刺激声的干扰,并用动态跟踪滤波器从记录到的信号中提取高信噪比的扫频 DPOAE 信号。实验结果 表明,扫频 DPOAE 检测方法可以大大缩短 DPOAE 的测量时间,提高检测结果的分辨率,并能灵敏反映受试者听力损失 的频率范围。扫频 DPOAE 检测方法的提出,有利于研制一种快速高效的新型耳声发射检测仪,在临床上协助医生进行准 确的听力诊断和治疗。     

移动机器人三维空间听觉定位系统设计

研究移动机器人听觉系统优化问题,针对准确判断发声源位置,为提高机器人听觉系统在空间中的搜索能力,设计了一种基于声达时间差的移动机器人听觉定位系统.整个系统分为信号采集及预处理、捕捉声达时间点、定位计算和机器人控制四个部分.通过建立正四面体结构的麦克风阵列,感知三维空间中目标发出的声音信号,采用声电信号处理技术,实时捕捉声音到达时间点:对定位的数学模型测定目标的方位信息进行仿真.结果证明,听觉系统可实现机器人在三维空间中对声源目标的实时定位,定位精度较高.