[发明专利]一种基于双向路径跟踪的实时声音传播模拟方法

摘要

本发明公开了基于双向路径跟踪的实时声音传播模拟方法，该方法首先输入当前帧的声学环境状态，以各声源为起点随机生成正向子路径，以听者为起点生成反向子路径，在正向与反向子路径节点间随机建立连接，生成完整路径；并计算出每一路径的强度，生成概率和多重重要性采样权重，最后得到并输出能量响应曲线。本发明以双向路径跟踪的路径生成能力为基础，结合基于信噪比的质量标准，通过控制不同反射次数路径的数量对声能曲线各时间段质量做出调整，从而可以平衡各时段反射声的质量。本发明由于使用了双向路径跟踪，可以在相同的计算代价下产生数量更多，质量更高的路径，且路径质量较少受声源与听者位置的影响。

主权项

1.一种基于双向路径跟踪的实时声音传播模拟方法，其特征在于，每一帧中的处理过程包括如下步骤：(1)输入当前帧的声学环境状态，包括声源与听者位置、场景几何描述、声学材质状况和声音介质特性；(2)根据积分TnL0的采样概率xn,d，向各积分分配样本；TnL0代表直接声L0在场景中经过n次反射后对能量响应曲线的贡献，d表示当前帧的序号；d＝1时，xn,1＝1/N，N为积分TnL0的个数，即最大反射次数；(3)对于每一积分，在积分内的各连接策略间尽可能平均地分配样本；(4)以各声源为起点随机生成正向子路径，以听者为起点生成反向子路径；(5)根据各连接策略的样本数，在正向与反向子路径节点间随机建立连接，生成完整路径；(6)计算出每一路径的强度，生成概率和多重重要性采样权重；对于通过连接正向子路径第s个节点与反向子路径第t个节点得到的路径x0…xs+t+1，使用公式如下：其中f(·)为路径强度，ps,t(·)为路径生成概率，ws,t(·)为多重重要性采样权重；Fi为节点xi处的声材质特性，Gi,i+1为路径中各段的几何传播因子，Mi,i+1为路径中各段的声介质特性，Vi代表路径中各段的生成概率，cs,t代表在正向子路径第s个节点与反向子路径第t个节点建立连接的概率，星号为卷积符号；(7)使用步骤(6)得到的f(·)，p_s,t(·)和w_s,t(·)计算能量响应曲线TⁿL₀的计算公式为：其中，E[·]表示数学期望，Sn为用于计算TnL0的样本总数，si,n‑i为连接正向子路径第i个节点与反向子路径第n‑i个节点得到的样本数，Xi,n‑i,j为使用这种连接方式得到的第j个样本；(8)计算本帧各积分在各信噪比窗口中的方差σ²，令其质量因子Q为计算积分使用的样本数，对于每一方差估计使用下面的更新公式：其中，Q^*为用户定义的方差质量标准，d＝1时与Q_d‑1应取0；(9)使用下面的公式计算出下一帧的各积分采样概率：其中，M为信噪比窗口的数量；α为小于1的正数；为步骤(8)中更新后的，积分TⁿL₀在信噪比窗口m中的方差估计；(10)输出步骤(7)得到的能量响应曲线。