[发明专利]基于样本的爆炸声音自动合成方法

说明书

本发明涉及虚拟现实、计算机游戏、影视特效、工程仿真等领域，为提出自动地合成准确的爆炸声的技术方案，可用于影视特效、计算机游戏、工程仿真等领域。不需要专业的拟音师来合成同步的爆炸声音，减少了传统的粒度合成方法中手动同步动画和声音的过程。此外，本发明基于真实的录音样本，能够合成逼真的爆炸声音，增强模拟场景的沉浸感，本发明，基于样本的爆炸声音自动合成方法，步骤如下：步骤1、爆炸动画的视觉模拟；步骤2、爆炸动画的物理信息计算；步骤3、声音样本的准备及预处理；步骤4、爆炸声音的自动合成。本发明主要应用于爆炸声画合成场合。

技术领域

本发明涉及虚拟现实、计算机游戏、影视特效、工程仿真等领域。特别是涉及基于样本的声音合成方法，能够自动地合成与爆炸动画相同步的爆炸声。

背景技术

近年来，随着计算机图形学、虚拟现实技术的快速发展，爆炸动画的视觉模拟得到了广泛的研究[1][2]，爆炸动画在影视、游戏中已经成为了一种常见的现象。除了视觉模拟外，爆炸的声音模拟对于增强虚拟环境中的真实感也十分重要。因此开发一种能够为爆炸动画自动地合成同步的声音的方法是一项非常有意义的工作。目前，在计算机图形学领域，声音合成的方法主要分为基于物理的方法，基于物理和非物理相混合的方法以及基于非物理的方法。

基于物理的声音合成方法主要是通过分析声源的发声原理来建模相应的声音。Dobashi等人[3]提出了一种有效地生成基于涡流噪声的空气动力流噪声的方法，并将其有效地应用风声的合成中。在后续的工作中，他们又提出了一种通用的合成空气动力流噪声的方法[4]，在他们的实验中还合成了与动画相同步的火焰燃烧声音和爆炸声。然而，火焰和爆炸的声源都是属于多声源的，湍流噪声并不是它们的声音组成的主要部分[5]。完全采用基于物理的方法模拟全部的爆炸声的声源计算复杂度太高，并不适用于计算机图形学中的声音合成领域。

基于混合的方法是目前常用的一种合成具有多声源的声音的方法。2011年，Chadwick和James[6]率先使用基于物理的方法来合成低频的火焰声音，然后使用频谱带宽扩展或声音纹理合成的方法来补充高频的声音细节，该方法可以合成与火焰动画同步的声音效果。在此基础上，Liu和Yu[7][8]提出了一种更加有效的计算低频火焰声音的方法，并为低频内容加入了中高频的小波细节来得到了最终的火焰声音。目前最新的火焰声音合成方法是由Yin和Liu[9]提出的根据固体材料合成不同火焰声音的方法。该方法同时考虑了直接燃烧噪声，湍流噪声和由于不同物质燃烧产生的交互声，合成了与不同的材料燃烧动画相同步的火焰声音。Yin和Liu[9]还将爆炸作为火焰的一种表现形式，通过在产生的火焰声中添加声音纹理来获得爆炸声。然而，其所合成的爆炸声音中存在许多不正确的噪声点。

基于非物理的声音合成方法也能够合成符合要求的声音。利用录音来为计算机动画合成同步的声音是一个传统的经典方法。例如，Schwarz和Schell[10]提出了一种基于描述符的声音纹理合成方法，从而能够控制所得到的声音纹理。为了更好地覆盖整个目标描述符空间，它们通过应用转换来自动生成录音粒子的变体来扩展语料库。在Schwarz和Schell[10]的研究基础上，Schwarz和O’Leary[11]提出了一种通过控制粒子间的音色相似性来自动地合成任意长度的声音纹理的方法。该方法可以合成非常自然、光滑的声音纹理。然而，声画同步对于提高虚拟现实的真实性起着不可或缺的作用，基于非物理的声音合成方法由于缺少与动画相同步的信息，不能自动合成与动画同步的声音。Schwarz和Caramiaux[12]提出了一种半自动的交互式声音纹理合成方法，该方法可以合成与影片相同步的声音效果。然而，在这种方法中，录音仍然需要人工注释，不会完全地自动合成与影片同步的声音。

综上所述，目前现有的声音合成方法并不能自动地合成准确的爆炸声。然而，随着虚拟现实技术的广泛应用，越来越多的爆炸动画的视觉模拟被应用。为了增强模拟场景的沉浸感，爆炸的声音模拟成为了虚拟现实中增强沉浸感的必不可少的一部分。