[發明專利]基于樣本的爆炸聲音自動合成方法

有效

• 申請號: 201811245126.X
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109448753B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 劉世光;高思
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G10L25/48
• 分類號: G10L25/48;G06F30/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及虛擬現實、計算機游戲、影視特效、工程仿真等領域，為提出自動地合成準確的爆炸聲的技術方案，可用于影視特效、計算機游戲、工程仿真等領域。不需要專業的擬音師來合成同步的爆炸聲音，減少了傳統的粒度合成方法中手動同步動畫和聲音的過程。此外，本發明基于真實的錄音樣本，能夠合成逼真的爆炸聲音，增強模擬場景的沉浸感，本發明，基于樣本的爆炸聲音自動合成方法，步驟如下：步驟1、爆炸動畫的視覺模擬；步驟2、爆炸動畫的物理信息計算；步驟3、聲音樣本的準備及預處理；步驟4、爆炸聲音的自動合成。本發明主要應用于爆炸聲畫合成場合。

技術領域

本發明涉及虛擬現實、計算機游戲、影視特效、工程仿真等領域。特別是涉及基于樣本的聲音合成方法，能夠自動地合成與爆炸動畫相同步的爆炸聲。

背景技術

近年來，隨著計算機圖形學、虛擬現實技術的快速發展，爆炸動畫的視覺模擬得到了廣泛的研究[1][2]，爆炸動畫在影視、游戲中已經成為了一種常見的現象。除了視覺模擬外，爆炸的聲音模擬對于增強虛擬環境中的真實感也十分重要。因此開發一種能夠為爆炸動畫自動地合成同步的聲音的方法是一項非常有意義的工作。目前，在計算機圖形學領域，聲音合成的方法主要分為基于物理的方法，基于物理和非物理相混合的方法以及基于非物理的方法。

基于物理的聲音合成方法主要是通過分析聲源的發聲原理來建模相應的聲音。Dobashi等人[3]提出了一種有效地生成基于渦流噪聲的空氣動力流噪聲的方法，并將其有效地應用風聲的合成中。在后續的工作中，他們又提出了一種通用的合成空氣動力流噪聲的方法[4]，在他們的實驗中還合成了與動畫相同步的火焰燃燒聲音和爆炸聲。然而，火焰和爆炸的聲源都是屬于多聲源的，湍流噪聲并不是它們的聲音組成的主要部分[5]。完全采用基于物理的方法模擬全部的爆炸聲的聲源計算復雜度太高，并不適用于計算機圖形學中的聲音合成領域。

基于混合的方法是目前常用的一種合成具有多聲源的聲音的方法。2011年，Chadwick和James[6]率先使用基于物理的方法來合成低頻的火焰聲音，然后使用頻譜帶寬擴展或聲音紋理合成的方法來補充高頻的聲音細節，該方法可以合成與火焰動畫同步的聲音效果。在此基礎上，Liu和Yu[7][8]提出了一種更加有效的計算低頻火焰聲音的方法，并為低頻內容加入了中高頻的小波細節來得到了最終的火焰聲音。目前最新的火焰聲音合成方法是由Yin和Liu[9]提出的根據固體材料合成不同火焰聲音的方法。該方法同時考慮了直接燃燒噪聲，湍流噪聲和由于不同物質燃燒產生的交互聲，合成了與不同的材料燃燒動畫相同步的火焰聲音。Yin和Liu[9]還將爆炸作為火焰的一種表現形式，通過在產生的火焰聲中添加聲音紋理來獲得爆炸聲。然而，其所合成的爆炸聲音中存在許多不正確的噪聲點。

基于非物理的聲音合成方法也能夠合成符合要求的聲音。利用錄音來為計算機動畫合成同步的聲音是一個傳統的經典方法。例如，Schwarz和Schell[10]提出了一種基于描述符的聲音紋理合成方法，從而能夠控制所得到的聲音紋理。為了更好地覆蓋整個目標描述符空間，它們通過應用轉換來自動生成錄音粒子的變體來擴展語料庫。在Schwarz和Schell[10]的研究基礎上，Schwarz和O’Leary[11]提出了一種通過控制粒子間的音色相似性來自動地合成任意長度的聲音紋理的方法。該方法可以合成非常自然、光滑的聲音紋理。然而，聲畫同步對于提高虛擬現實的真實性起著不可或缺的作用，基于非物理的聲音合成方法由于缺少與動畫相同步的信息，不能自動合成與動畫同步的聲音。Schwarz和Caramiaux[12]提出了一種半自動的交互式聲音紋理合成方法，該方法可以合成與影片相同步的聲音效果。然而，在這種方法中，錄音仍然需要人工注釋，不會完全地自動合成與影片同步的聲音。

綜上所述，目前現有的聲音合成方法并不能自動地合成準確的爆炸聲。然而，隨著虛擬現實技術的廣泛應用，越來越多的爆炸動畫的視覺模擬被應用。為了增強模擬場景的沉浸感，爆炸的聲音模擬成為了虛擬現實中增強沉浸感的必不可少的一部分。