Современные методы позиционирования и сжатия звука

расположен и какие звукоотражающие или звукопроводящие свойства имеет

каждый объект. Затем рассчитывается количество слышимых пользователем

звуков, отраженных от этих объектов для каждого источника акустики. Также,

в расчет могут приниматься ослабление звукового сигнала во время

прохождения сквозь стены или преграды на пути прямого распространения

звуковых волн и каждого из отраженного звука. Ray tracing и другие модели

распространения звуков на основе геометрии пространства - такие, как метод

зеркальных источников звука - являются техниками, зависимыми от времени и

широко применяются в качестве поддержки при вычислении акустики помещений в

архитектурном дизайне. Подобная техника допускает, что звуковые волны

отражаются в "зеркальной" форме, которая является аппроксимацией

игнорируемых дифракции и диффузии звука. Совсем недавно, этот метод

геометрического моделирования был адаптирован для воспроизведения 3D звука

в некоторых экспериментальных интерактивных системах виртуальной

реальности.

Модель распространения звука, основанная на геометрии пространства,

такая, как ray tracing, может быть очень привлекательна для использования в

API трехмерного звука. Разработчик просто определяет модель 3D звукового

мира, располагает источники звука и слушателя в этом мире, а затем механизм

ray tracing определяет пути распространения звуковых волн для завершения

работы по созданию реалистичной акустической окружающей среды. На практике,

тем не менее, такое применение геометрической модели в мире интерактивного

компьютерного звука имеет несколько серьезных недостатков.

Полный расчет отражений от множества объектов для нескольких источников

звука является сложной задачей. Не смотря на то, что физические принципы

лежащие в основе геометрической модели просты (и обеспечивают лишь

аппроксимацию реальных отражений звука) для ее расчета требуется серьезные

вычислительные ресурсы. Главное следствие, в 3D играх, это то, что техника

расчета распространения акустических волн (ray tracing) может оперировать

лишь ограниченным числом отраженных звуков и не может быть использована для

воспроизведения затухания запаздывающей реверберации. Чтобы понять, почему

это так, рассмотрим источники звука в реальном мире.

Источники звука испускают звуковые волны, которые отражаются от первого

объекта, которого достигнут, затем от второго объекта, затем от третьего, и

т.д. В обычном помещении существует бесконечное число непрямых путей

распространения звуковых волн от источника звука через отражение к

слушателю. Когда эти отраженные звуковые волны достигают слушателя,

запаздывающие отражения все больше и больше ослабляются, и следуют друг за

другом все ближе и ближе по времени. Эти запаздывающие отраженные звуки

быстро формируют континуум (сплошную среду), известный как "реверберация".

Так как сложность полной модели увеличивается экспоненциально с течением

времени, на практике моделирование геометрической акустики в реальном

времени должно быть ограничено одним "отскоком" от препятствия

("первоочередные" ранние отраженные звуки) с целью экономии ресурсов CPU.

Следовательно, механизм расчета распространения акустических волн в

реальном времени не может использоваться для расчета затухания

запаздывающей реверберации, которая является составной частью отраженных

звуков в типичной акустической среде. В результате 3D звуковой окружающей

среде не хватает живости и ощущения реалистичности. Это также приводит к

несовместимости, так как первоочередной отраженный звук может стать явным,

а затем исчезнуть, согласно физической модели - появляется чувство

разочарования, потому что ожидаемого эффекта нет, так как нет запаздывающей

реверберации для заполнения свободного акустического пространства, когда

первоочередные отраженные звуки исчезают. Для избавления от этой проблемы,

в интерфейсе EAX от Creative используется статичная модель распространение

звуков, которая оперирует ранними отражениями и затуханием запаздывающей

реверберации, и, следовательно, обеспечивает более полное и сильное

ощущение звуковой окружающей среды.

Другая серьезная проблема с моделью распространения на основе геометрии

пространства, применительно к звуку, состоит в том, что разработчик должен

создать и манипулировать сложной моделью акустической окружающей среды для

создания отраженных звуков. Поэтому, акустика, базирующаяся на геометрии

пространства, может применяться для очень впечатляющих демонстрационных

программ, но очень сложна для эффективного использования в реальных

приложениях.

Создание эффективной акустической модели это не простая задача, как об

этом могут говорить дизайнеры акустики в реальном мире. Дизайнер может

потратить месяцы, и даже годы для создания холла с приемлемой акустикой, но

даже тогда он может не добиться успеха. Разработчики игр оказались перед

этой проблемой дизайна в виртуальном мире при использовании геометрической

модели: правильно ли они определили коэффициент поглощения звука для этой

стены? Достаточно ли прозрачен для звука этот объект? Им приходится

произвести массу настроек, чтобы все было правильным, даже если

геометрический API обеспечивает их списком материалов, из которых

программист может выбирать. Кроме того, в дополнение к необходимости

определения свойств материалов, обычно существует необходимость

преобразования графической геометрической информации в форму, которую может

использовать звуковой механизм (движок). И то и другое не является простой

рутинной задачей.

Последнее и возможно самое важное замечание для игроков и разработчиков

заключается в том, что геометрическое моделирование может создавать только

конечный результат, который по своей природе является ограниченным, даже с

точки зрения производящего сильное впечатление качества звука. Даже если

геометрическая модель акустики сможет создать безупречную копию реальной

звуковой сцены, эта форма реализма не всегда будет подходящей или

эффективной для озвучивания, о чем хорошо осведомлены звукоинженеры

киностудий. Слух является в большей степени чувством внутренних ощущений,

чем зрение. Для создания наилучшего ощущения от звука, часто требуется

использование звуковых эффектов, которые очень далеки от тех, которые могут

существовать в физической реальности. Вот почему многие звуки в фильмах -

от шуршания одежды до оружейных выстрелов - часто заменяются звуками,

которые были "подправлены". Также на звуковых дорожках к фильмам часто

записывают имитацию реверберации, подобно той, которую воспроизводится с

помощью EAX.

Использование EAX реверберации позволяет создавать в играх виртуальную

акустическую окружающую среду, которая отличается от среды, изображаемой на

мониторе. В этой виртуальной акустической среде персонажи или объекты

звучат так, будто они находятся ближе или дальше от слушателя, чем это

выглядит на экране, т.е. плоскому изображению сообщается объем. API EAX

создан с целью обеспечить именно такую форму звучания, в тоже время, все

задачи по внедрению интерактивности в игру перекладываются на процесс

звукового дизайна, т.е. это дело разработчика, как, и в каких объемах

использовать и добиваться интерактивности звучания.

Разработчики игр, как и режиссеры фильмов, хотят управлять степенью

выразительности и качеством своих 3D звуковых сред окружения, а значит,

хотят найти соответствующий инструментарий в EAX. Их потребности не так

просто удовлетворить в геометрических моделях, подобных ray tracing.

Например, если вы решили увеличить время затухания реверберации для

обеспечения более сильного ощущения благоговения при имитации кафедрального

собора, в модели типа ray tracing не существует простой кнопки управления

длительностью времени затухания reverb. Вместо этого вы можете увеличить

размеры звуковой геометрической модели, отодвинув стены дальше от

слушателя, чтобы добиться требуемого эффекта. Это сложно сделать и, что еще

хуже, в результате получается модель акустики, отличная от графической

модели, вследствие чего могут возникнуть проблемы, например, если вы

начнете двигать источники звука и графические объекты внутри созданной

модели. И даже если вы справитесь с этими проблемами, вы получите модель

акустики, которая не будет соответствовать законам физики. Вы не можете

добиться одновременно и психологического реализма и эмоциональности, чего

разработчики игр, как и режиссеры фильмов, хотят от создаваемого звучания.

В двух словах, EAX обеспечивает разработчиков лучшими параметрами для

звукового дизайна, чем для архитектурного дизайна. И EAX реалистично

моделирует ранние отраженные звуки и затухание запаздывающей реверберации,

которые создают виртуальные объекты или стены.

Мы думаем, что первый фактор, определяет труднообъяснимо быстрое

принятие EAX разработчиками приложений. Как отмечалось выше, параметры для

звукового дизайна дают возможность разработчикам игр легко (по сравнению с

геометрическим моделированием) создавать убедительное и эмоционально

красивое ощущение от окружающей слушателя акустики. В EAX, первый набор

параметров управляет тем, как слушатель ощущает окружающую среду

(помещение, в котором находится слушатель), а второй набор параметров

позволяет регулировать эффекты акустической окружающей среды для каждого

звука в отдельности. Эти параметры интуитивно понятны разработчику, он

может легко манипулировать ими, изменять или усложнять эффекты акустики

окружающей среды в любой модели игры или сценария. EAX не требуется наличия

перспективы от первого лица (читай слушателя) или привязки источников звука

к графическому представлению виртуального мира. С другой стороны, дизайнер

звука, который хочет создать звуковую сцену, которая наиболее близко и

реалистично совпадает с графической сценой, может легко сделать это,

используя громадные возможности EAX по управлению ранними отраженными

звуками, эффектами окклюзии и обструкции.

При создании этих эффектов, EAX использует метод статистического

моделирования вместо метода геометрического моделирования. Статистическая

модель EAX автоматически вычисляет параметры реверберации и отраженных

звуков, в зависимости от расположения слушателя относительно источников

звука, размеров помещения, направленности источников звука и в зависимости

от дополнительного набора параметров, которые может изменять программист.

EAX более прост и более гибок в использовании для программистов, потому

что статистическое моделирование не требует полного геометрического

описания акустического мира вокруг слушателя. Вместо этого он работает,

используя макроскопические параметры, начиная от таких как размер помещения

и времени реверберации и заканчивая динамическим вычислением параметров

важнейших отраженных звуков и реверберации. Статистическое моделирование

также более эффективно использует CPU, чем геометрическое моделирование, но

при этом все равно более эффективно моделирует ранние отраженные звуки и

реверберацию с запаздыванием, обеспечивая реалистичное воспроизведение

глубины акустической сцены. В игре в любой момент могут изменяться заранее

сделанные установки окружающей звуковой среды и настраиваться отдельные

параметры простым нажатием кнопок управления для создания убедительного

ощущения реалистичности акустики, при перемещении слушателя и источников

звука из одной части виртуального мира в другую, в зависимости от любого

события по сценарию игры.

Среди будущих возможностей EAX будет набор для интуитивного управления,

с помощью которого можно будет полностью и эффективно манипулировать

ранними отраженными звуками, а также запаздывающей реверберацией. Этот

набор также позволит устанавливать параметры окклюзии, обструкции и

эффектов перспективы для создания очень четкого впечатления окружающего

звучания, если это потребуется. EAX позволяет программистам настраивать или

модифицировать полностью или частично автоматическое управление отраженными

звуками и реверберацией с целью создать в точности такую акустическую среду

окружения, как он или она хочет, или, чтобы наложить требуемый эффект на

один конкретный звук. Если необходимо, этот метод позволяет программистам

использовать их собственную геометрическую модель с целью контролировать не

только эффекты окклюзии и обструкции, но также и ранние отраженные звуки, в

зависимости от геометрии стен и препятствий.

Creative наряду с другими компаниями работает в IASIG (Interactive

Audio Special Interest Group), разрабатывая новый стандарт 3D звука. Какова

роль Creative в этих разработках?

IASIG пригласила Creative внести EAX в качестве вклада в IASIG "Level

Two Guidelines" ("Принципы управления второго уровня"). Цель этих принципов

установить промышленный стандарт на интерфейс звуковой окружающей среды для

разработчиков мультимедиа и игр для PC. Creative согласилась сделать EAX

1.0 открытым для промышленного использования и принять во внимание

предложения членов IASIG по расширению нашей первоначальной задачи.

Creative легко реализует поддержку стандарта от IASIG, когда он будет

закончен (так как он полностью основана на механизме EAX) и будет

поддерживать совместимость с EAX 1.0 в своих драйверах. В действительности,

такой стандарт может рассматриваться в качестве некоторого представления

"EAX 2.0". Более того, мы продолжаем расширять EAX, с целью получить

дополнительные преимущества от использования возможностей продуктов

семейства SoundBlaster Live! не только при использовании EAX 1.0 или

стандарта IASIG. Будущая версия EAX будет работать без проблем в качестве

расширенного набора стандартов EAX 1.0 и IASIG. Для разработчиков игр это

означает, что EAX будет больше чем когда-либо, тем API, выбор которого

будет гарантировать оптимальную производительность на наиболее

распространенном оборудовании.

В видении компании Qsound

3D звук, что это?

Обычная печатная пресса, к сожалению, изрядно невежественна во многих

вещах, в частности в вопросе 3D звука. Как результат, если речь заходит об

играх, то вам ужасно повезет, если в обзоре игры упоминается звук как

таковой, и уж гораздо реже можно встретить упоминание о 3D звуке. Если 3D

звук все же упоминается, проверьте обзор на предмет комментариев от

компаний, занимающихся трехмерным звуком, для оценки некоторых перспектив

технологии, используемой в продукте и сделанных в обзоре выводах.

Терминология 3D звука

Половина всех дискуссий в ньюсгруппах посвящены вопросу что такое "3D"

и что нет, вплоть до бессмысленной семантики. Для протокола, термин

"stereophonic" означает трехмерный звук! (От Греческого "stereos",

означающего "пространственный, трехмерный, непрерывный, сплошной, цельный",

а если вы не представляете себе, что означает "phonic" (акустический,

звуковой), то дальше не читайте).

На протяжении лет, рынок наводнялся различными видами технологий,

которые расширяли возможности аппаратуры убедительно воспроизводить

позиционируемый звук в пространстве на ограниченном количестве реальных

акустических колонок, и каждый называл все это "3D".

Допустим, что существует нечто, называемое "3D графикой", причем

повсеместно под этим термином понимается "визуализация в 2D пространстве 3D

модели". Теперь представим, что существует технология, которая позволяет

создать подлинное ощущение глубины изображения, и некоторые люди убеждены,

что термин "3D", применительно к графике, должен быть зарезервирован для

этой технологии. Я полагаю, что пока мы не имеем изображения,

протяженностью 360 градусов с воспринимаемой глубиной, его нельзя по

настоящему считать "трехмерным" ("3D.

Типы "3D audio" процессов

Очень важно видеть различия между типами технологий 3D звука, прежде

всего по функциям (игнорируя в этот момент то, какого успеха достигли

поставщики этих технологий на рынке).

В результате получаем следующее:

Stereo Expansion (Расширение стерео): технология, которая оперирует с

имеющейся избыточной стерео информацией, надлежащим образом расширяя

кажущуюся ширину звукового поля (т.е. главным образом удобная для не-3D

стерео произведений, таких как записанная музыка).

Positional 3D Audio (Позиционируемый 3D звук): технология, которая

оперирует с множеством индивидуальных звуковых потоков и пытается

определить местоположение каждого из них индивидуально в 3D пространстве.

Virtual Surround (Виртуальный окружающий звук): технология, которая

оперирует с декодированными данными в формате surround с целью

воспроизведения разнообразных каналов в их истинной перспективе с

использованием ограниченного числа источников звука, например

воспроизведение пятиканального звука на двух акустических колонках.

Stereo expansion и virtual surround главным образом удобны для

применения в бытовой электронике, такой, как стерео системы, домашние

кинотеатры и т.д. Однако так как некоторые из этих технологий пересекаются

с рынком персональных компьютеров (прослушивание музыки с помощью CD-ROM

проигрывателей или прямо из сети Интернет, просмотр фильмов DVD), их

применение также допустимо.

Тем не менее, визитная карточка для компьютеров - это позиционируемый

3D звук.

Все эти технологии покрывают львиную долю потребительского рынка,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28