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基于三维空间的音频处理方法及其在Maya中的实现与应用

作　者: 王理
导　师: Kenneth Fields
学　校: 北京大学
专　业: 软件工程
关键词: 声学模拟系统 Maya 三维动画环境音效音频处理
分类号: TP391.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

声音,从来都是艺术创作,尤其是多媒体艺术创作领域中不可缺少的一个重要环节。对于以图像效果为主的动画作品来说,声音同样有至关重要的作用。优秀的音乐与音效创作会为一部出色的动画作品增光添色,会将故事的气氛烘托得淋漓尽致;而糟糕的声响内容会破坏观众对故事甚至画面效果的印象。所以在整个动画制作流程中,声音的制作正受到越来越多的重视。当今,随着计算机技术的飞速发展,动画制作正渐渐的将重心转向数字化制作上来。在动画制作软件尤其是三维动画制作软件日益更新的同时,数字音效与音乐制作和处理软件也层出不穷。然而,目前绝大多数的动画与声音制作和处理软件是彼此独立的。也就是说画面的制作与声音的制作被认为是两个独立的工作。事实上,在使用这样的工作方式进行音频处理时,在某些情况下会产生一些问题。因为声音与画面同样都是叙述故事的手段,艺术家在构思画面情节的同时,心目中也有了对声音的构想。有时,画面和声音必须严格的匹配。这个问题在某些极端的情况下会变得异常复杂。有时,作品需要逼真的环境音效,让虚拟的物体和角色如同真正运动在大自然当中那样发出让人信服的声音,并且让观众可以感到它们方位的变化,而并不是所有规模的项目都拥有足够的人力和财力去制作出逼真的环境音效。甚至有的时候,艺术家会对声音产生某些奇妙的灵感,对声音和动画的关联提出特殊的要求。这些工作交由音效制作人员在后期合成将是一件非常困难的事情。为了解决上述问题,本文提出了一套将声音的制作嵌入到三维动画制作软件当中去的解决方案。让三维动画的数据和声音的生成与处理共享,使一些声音的生成与处理过程在三维动画制作的同时完成。为动画与声音的互动提供了可能性。首先,本文将阐述自然界中声音产生与传播的原理,描述声音传播过程中的重要物理现象,为模拟系统的搭建提供理论依据。接着,本文将对目前动画制作领域使用最为普遍的软件Maya的工作方式进行分析同时对其可扩展性能进行研究,以确定在Maya中构建声学模拟系统的可行性。最后,本文将依照Maya的工作方式,构架整个声学模拟系统,并借助C++底层音频服务函数以及相关数学理论知识来将该系统实现。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-25
  1.1 动画作品中的声音  10-13
    1.1.1 有声电影的历史  10-11
    1.1.2 动画作片中的声音  11-13
  1.2 三维动画影片中音频制作的发展和现状  13-16
    1.2.1 音乐  13-14
    1.2.2 语音  14
    1.2.3 音效  14-16
  1.3 声音处理功能在当前动画软件的存在现状及应用  16-18
  1.4 基于Maya 平台之声学模拟系统的描述  18-20
  1.5 文献综述  20-23
    1.5.1 国内外发展现状  20-21
    1.5.2 声学方面  21-22
    1.5.3 Maya 扩展开发方面  22
    1.5.4 数字音频处理与环境音效方面  22-23
  1.6 本文的组织结构  23-25
第二章自然界中的声音  25-33
  2.1 声音的定义  25-28
    2.1.1 声音的产生  25
    2.1.2 声音的特性  25-26
    2.1.3 声音的计量  26-28
  2.2 声音的传播  28-31
    2.2.1 声速  28
    2.2.2 衰减  28-30
    2.2.3 多普勒效应  30-31
  2.3 听觉心理学  31-32
  2.4 本章小节  32-33
第三章 Maya 的体系结构与可扩展性分析  33-47
  3.1 关于Maya  33
  3.2 Maya 依赖关系图的运行机制  33-41
    3.2.1 Maya 依赖关系图介绍  33-34
    3.2.2 依赖关系图的各种要素  34-40
    3.2.3 依赖关系图体系消息更新机制  40-41
  3.3 Maya 的可扩展性研究  41-46
    3.3.1 Maya C++ API  41-43
    3.3.2 Maya C++ API 所能实现的功能  43-44
    3.3.3 Maya C++ API 处理数据的方法  44-46
  3.4 本章小节  46-47
第四章声学模拟系统实现程序的理论基础  47-55
  4.1 数字音频的表示和分析方法  47-51
    4.1.1 时域表示法  47-49
    4.1.2 频域表示法  49-51
  4.2 RIFF 文件结构与多媒体文件输入/输出编程  51-54
    4.2.1 RIFF 文件结构  51-53
    4.2.2 Windows 底层音频编程  53-54
  4.3 本章小节  54-55
第五章在Maya 中实现声学模拟系统  55-81
  5.1 系统描述  55
  5.2 系统框架  55-64
    5.2.1 系统结构介绍  55-63
    5.2.2 工作流程  63-64
  5.3 renderSound 的工作原理及具体算法  64-70
    5.3.1 renderSound 命令的工作原理  64-67
    5.3.2 MSoundClip 类  67-68
    5.3.3 声速的实现算法  68-69
    5.3.4 几何衰减算法  69
    5.3.5 多普勒效应算法  69-70
  5.4 使用范例及结论  70-79
    5.4.1 音画对位范例  70-75
    5.4.2 声音位置感范例  75-79
  5.5 本章小节  79-81
第六章总结与展望  81-84
  6.1 回顾和总结  81-82
  6.2 下一步工作的展望  82-84
参考文献  84-87
致谢  87-88

基于三维空间的音频处理方法及其在Maya中的实现与应用

内容摘要

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