基于物理的火焰聲音生成方法研究.pdf

1、基于物理的流體模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的熱門(mén)研究領(lǐng)域之一。其中,火焰模擬因其重要的應(yīng)用價(jià)值,更是成為了人們研究的重點(diǎn)。但對(duì)火焰的研究往往集中在視覺(jué)渲染方面,在聽(tīng)覺(jué)渲染的方面則相對(duì)空白。而聽(tīng)覺(jué)渲染作為增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)真實(shí)感的重要途徑不可或缺。本文針對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)研究,將火焰聲音信號(hào)分成低頻和中高頻兩部分,分別進(jìn)行快速生成,并最終將這兩部分同步在一起。
　　首先,我們采用一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式生成火焰低頻聲音信號(hào)。我們從火焰視覺(jué)模擬中導(dǎo)出每

2、幀的流場(chǎng)速度和燃料燃燒率,由燃料燃燒率計(jì)算出由火焰前端包圍的部分的速度散度積分。之后使用基于FFT的上采樣對(duì)求得的速度散度積分進(jìn)行重構(gòu),并對(duì)上采樣之后的速度散度積分在時(shí)間上求導(dǎo)得到聲壓即為低頻聲音信號(hào)。相比之前的計(jì)算方法,我們的模型無(wú)需顯式提取火焰前端,也避免了在火焰前端的每個(gè)三角面片上計(jì)算法向量的復(fù)雜操作,可以顯著提高計(jì)算速度,保證在復(fù)雜場(chǎng)景快速生成聲音的可能性。我們使用類(lèi)Marching-Cube的計(jì)算方式,非常利于使用GPU并行化

3、計(jì)算,可以進(jìn)一步提高效率。
　　其次,我們使用小波分析將聲音信號(hào)采樣、重構(gòu)問(wèn)題和尺度空間聯(lián)系在一起,并基于此提出了一種快速生成火焰聲音高頻部分的方法。我們借助小波分析多分辨率的思想,將信號(hào)空間劃分為一系列尺度空間和小波空間的集合。我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析得到的火焰中高頻聲音頻譜規(guī)律來(lái)生成符合該規(guī)律的中高頻噪聲信號(hào),并使得組成噪聲信號(hào)的每一部分子信號(hào)隸屬于相應(yīng)的小波空間。我們借助從低頻信號(hào)中分離出的信息使中高頻信號(hào)與低頻信號(hào)同步,