本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種3D聲場構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個重要方向。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)豐要包括模擬環(huán)境、感知、自然技能等方面。

模擬環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的、實(shí)時動態(tài)的三維立體逼真圖像。

感知是指理想的VR應(yīng)該具有一切人所具有的感知。除計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)所生成的視覺感知外，還有聽覺，也稱為多感知。

自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計(jì)算機(jī)來處理與參與者的動作相適應(yīng)的數(shù)據(jù)，并對用戶的輸入作出實(shí)時響應(yīng)，并分別反饋到用戶的五官。傳感設(shè)備是指三維交互設(shè)備。

然而，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，如何實(shí)現(xiàn)環(huán)境、感知、自然技能的完美融合，即如何使虛擬視覺、聽覺的融合，其中，虛擬視覺已屬于較為常見的技術(shù)，而隨用戶的頭部轉(zhuǎn)向時虛擬視覺的變化而導(dǎo)致聽覺的更新則是又一課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種3D聲場構(gòu)建方法，包括步驟：

A、依據(jù)所拍攝的畫面確定聲音源數(shù)量，以及各聲音源的坐標(biāo)；

B、依據(jù)所述數(shù)量和坐標(biāo)所對應(yīng)的聲音源與監(jiān)聽程序的距離，構(gòu)建3D聲場；

C、依據(jù)步驟A所拍攝畫面的變化，實(shí)時更新步驟B所構(gòu)建的3D聲場。

由上，依據(jù)所拍攝的畫面場景和聲音源位置，利用“雙耳效應(yīng)”原理構(gòu)建出3D聲場，以使用戶有逼真的視聽效果。

可選的，步驟B包括：

依據(jù)所述各聲音源的坐標(biāo)，判斷所述各聲音源相對于監(jiān)聽程序左耳、右耳的距離的步驟；

當(dāng)所述距離大于閾值時，對聲音源采用線性衰減，當(dāng)所述距離小于閾值時，對聲音源采用對數(shù)衰減；

依據(jù)各聲音源到達(dá)監(jiān)聽程序左耳位置衰減的結(jié)果進(jìn)行合成，得出監(jiān)聽程序左耳位置所接收到的聲音；

依據(jù)各聲音源到達(dá)監(jiān)聽程序右耳位置衰減的結(jié)果進(jìn)行合成，得出監(jiān)聽程序右耳位置所接收到的聲音；

將監(jiān)聽程序左耳、右耳所接收到的聲音進(jìn)行合成，以構(gòu)建3D聲場。

由上，由于距離較遠(yuǎn)時，聲音在傳播過程中的落差較為明顯，采用線性衰減可以減緩聲音的衰減速度，從而模擬出落差較大的效果。而聲音源與監(jiān)聽位置較近時，則采用對數(shù)衰減，其原因在于：由于在短距離，人耳對聲波強(qiáng)弱的感受大致上和聲強(qiáng)(或聲壓)的對數(shù)成正比例。為適應(yīng)人耳聽覺這一特性以提高仿真度，故采用對數(shù)衰減計(jì)算。

可選的，步驟B包括：

聲音源n相對于所述監(jiān)聽程序左耳、右耳的距離表示為r_n左和r_n右：r_n左²＝(x_左-x_n)²+(y_左-y_n)²+(z_左-z_n)²、r_n右²＝(x_右-x_n)²+(y_右-y_n)²+(z_右-z_n)²；

其中，(x_n，y_n，z_n)表示聲音源n的坐標(biāo)，n為表示聲音源的數(shù)量的標(biāo)號，n∈(1，∞)；(x_左，y_左，z_左)為左耳的坐標(biāo)；(x_右，y_右，z_右)為右耳的坐標(biāo)。

可選的，聲音源n的所述線性衰減包括：w_n左’＝N*w_n*log2r_n左、w_n右’＝N*w_n*log2r_n右；

式中w_n左’和w_n右’分別表示聲音源n線性衰減后左耳和右耳所接收到的音量；r_n左和r_n右分別表示聲音源n相對于左耳、右耳的距離；w_n表示聲音源n發(fā)出的音量；N表示空氣阻尼系數(shù)。

可選的，聲音源n的所述對數(shù)衰減包括：q_n左’＝q_n-N*r_n左、q_n右’＝q_n-N*r_n右；

式中q_n左’和q_n右’分別表示聲音源n在對數(shù)衰減后左耳和右耳所接收到的音量；r_n左和r_n右分別表示聲音源n相對于左耳、右耳的距離；q_n表示聲音源n發(fā)出的音量；N表示空氣阻尼系數(shù)。

可選的，步驟B中，還包括確定障礙物對于聲音源的衰減量的步驟。

由上，當(dāng)在聲音源與監(jiān)聽程序之間出現(xiàn)障礙物時，勢必也會對聲音源的衰減造成影響。

可選的，該步驟包括：在聲音源與監(jiān)聽程序左、右耳的中點(diǎn)設(shè)一連線m，另在聲音源與監(jiān)聽程序的左耳和右耳分設(shè)一條連線n1、n2，m與n1、n2分別形成兩個截面；

分別計(jì)算所述障礙物的橫截面阻擋兩個截面的面積，其阻擋面積與衰減量成正比。

由上，依據(jù)障礙物所在位置的不同，精確模擬出其對于聲音源衰減的影響。

可選的，還包括：確定障礙物高度對于聲音源的衰減量的步驟。

可選的，分別在聲音源與監(jiān)聽程序左、右耳之間設(shè)置一高度區(qū)間，在所述高度區(qū)間內(nèi)，障礙物的高度與衰減量成正比。

由上，依據(jù)障礙物高度的不同，精確模擬出其對于聲音源衰減的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明構(gòu)建3D聲場構(gòu)建方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明構(gòu)建3D聲場構(gòu)建方法的原理示意圖；

圖3為出現(xiàn)障礙物時，構(gòu)建3D聲場構(gòu)建方法的原理示意圖；

圖4為出現(xiàn)另一障礙物時，構(gòu)建3D聲場構(gòu)建方法的原理示意圖；

圖5為確定障礙物對于聲音源衰減量影響的原理示意圖；

圖6為確定障礙物高度對于聲音源衰減量影響的原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種3D聲場構(gòu)建方法，依據(jù)所模擬的視頻場景和聲音源位置，利用“雙耳效應(yīng)”原理構(gòu)建出3D聲場，以使用戶有逼真的視聽效果。

如圖1所示，3D聲場構(gòu)建方法包括以下步驟：

S10：依據(jù)所拍攝的畫面確定聲音源。

如圖2所示，本實(shí)施例所述畫面為全景視頻畫面，將視頻當(dāng)做一種紋理，貼在三維球體的內(nèi)表面上。用于拍攝全景視頻畫面的相機(jī)設(shè)在球體中心，在所述相機(jī)的正前方設(shè)置3D聲場監(jiān)聽程序，用于構(gòu)建3D聲場。

利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕中的畫面，相機(jī)與鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置會產(chǎn)生一條連線，該連線與全景視頻所在的球體相交，其相交位置可確定為聲音源位置的坐標(biāo)。如圖2所示的實(shí)施例中，設(shè)置了A、B兩聲音源，上述兩聲音源的坐標(biāo)分別表示為A聲音源：(x_a，y_a，z_a)；B聲音源：(x_b，y_b，z_b)。

進(jìn)一步的，本步驟還包括確認(rèn)障礙物位置的步驟。

如圖3所示，當(dāng)拍攝的畫面中出現(xiàn)障礙物時，通過Unity3D的類庫函數(shù)GameObject.Find("障礙物名稱").transform.position便可遍歷畫面，并確定出是否含有障礙物，以及障礙物所在位置的坐標(biāo)。

S20：依據(jù)聲音源和障礙物位置構(gòu)建3D聲場。

本步驟中，首先計(jì)算各聲音源與監(jiān)聽程序之間的距離r，具體的，采用以下算法，仍以圖2為例，設(shè)圖中A聲音源與監(jiān)聽程序的距離為r1，r1²＝(x₀-x_a)²+(y₀-y_a)²+(z₀-z_a)²，其中，(x₀，y₀，z₀)為監(jiān)聽程序的坐標(biāo)。同理，計(jì)算出B聲音源與監(jiān)聽程序的距離r2，r2²＝(x₀-x_b)²+(y₀-y_b)²+(z₀-z_b)²。

進(jìn)一步的，依據(jù)“雙耳效應(yīng)”使監(jiān)聽程序模擬左右耳，即A聲音源與監(jiān)聽程序的距離為r1_左和r1_右，r1_左表示A聲音源到監(jiān)聽程序左耳距離，r1_右表示A聲音源到監(jiān)聽程序右耳距離。同理，計(jì)算出B聲音源與監(jiān)聽程序左耳和右耳的距離r2_左和r2_右。

其次，計(jì)算A聲音源、B聲音源到達(dá)監(jiān)聽程序的衰減量。本實(shí)施例中，設(shè)A聲音源的發(fā)出音量大小為w，B聲音源的發(fā)出音量大小為q，空氣阻尼系數(shù)N。

針對聲音源與監(jiān)聽位置較遠(yuǎn)的情況，例如超過10米，則采用線性衰減，其原因在于：由于距離較遠(yuǎn)，因此聲音在傳播過程中的落差較為明顯，采用線性衰減可以減緩聲音的衰減速度，從而模擬出落差較大的效果。而聲音源與監(jiān)聽位置較近時，例如小于10米。則采用對數(shù)衰減，其原因在于：由于在短距離，人耳對聲波強(qiáng)弱的感受大致上和聲強(qiáng)(或聲壓)的對數(shù)成正比例。為適應(yīng)人耳聽覺這一特性以提高仿真度，故采用對數(shù)衰減計(jì)算。

本實(shí)施例中，對A聲音源進(jìn)行對數(shù)衰減計(jì)算，衰減后監(jiān)聽程序左耳音量表示為w_左’:w’＝N*w*log2r1_左；衰減后監(jiān)聽程序右耳音量表示為w_右’:w’＝N*w*log2r1_右。

對B聲音源進(jìn)行線性衰減，衰減后監(jiān)聽程序左耳音量表示為q_左’：q_左’＝q-N*r2_左；衰減后監(jiān)聽程序右耳音量表示為q_右’：q_右’＝q-N*r2_右。

依據(jù)所計(jì)算出的w_左’、w_右’、q_左’和q_右’進(jìn)行聲音合成，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)建3D聲場。

另外，當(dāng)出現(xiàn)圖3所示情況，即監(jiān)聽程序與A聲音源間出現(xiàn)障礙物時，障礙物對于A聲音源則產(chǎn)生進(jìn)一步的衰減。具體的，首先分別計(jì)算障礙物距離A聲音源和監(jiān)聽程序的距離，本實(shí)施例中采用r3表示A聲音源與障礙物的距離，r4_左表示障礙物與監(jiān)聽程序左耳的距離，r4_右表示障礙物與監(jiān)聽程序左耳的距離。上述障礙物出現(xiàn)于監(jiān)聽程序與A聲音源間，表示的是，假設(shè)監(jiān)聽程序與A聲源之間有一條連線，則該障礙物處于該連線上。

計(jì)算距離方法與前述相同，不再贅述。

其次，依據(jù)r3、r4_左和r4_右的距離值，確定出選擇線性衰減或?qū)?shù)衰減。舉例來說，本實(shí)施例中r3、r4_左和r4_右均小于10米，則在障礙物所在位置的衰減音量表示為P1：P1＝N*w*log2r3；而在監(jiān)聽位置的衰減音量表示為P2_左和P2_右，P2_左＝(Z+N)*P1*log2r4_左、P2_右＝(Z+N)*P1*log2r4_右，式中Z表示障礙物的阻尼系數(shù)。

需要特殊說明的是，當(dāng)出現(xiàn)圖3所示障礙物正巧擋在聲音源與監(jiān)聽程序之間時，其對于聲音的阻擋屬于“完全阻擋”，而當(dāng)障礙物出現(xiàn)如圖4所示，僅有一部分擋在聲音源與監(jiān)聽程序之間時，屬于“部分阻擋”。如圖5所示，首先在聲音源與監(jiān)聽程序的中心設(shè)一連線m，另在聲音源與監(jiān)聽程序的左耳和右耳分設(shè)一條連線n1、n2，則m與n1和n2分別形成兩個截面。分別計(jì)算所述障礙物的橫截面阻擋兩個截面的面積，阻擋率記為l_n1和l_n2。

進(jìn)一步的，計(jì)算障礙物與監(jiān)聽程序的衰減音量時，還需考慮阻擋率的影響，仍以上實(shí)施例舉例，則衰減為P2_左＝l_n1*(Z+N)*P1*log2r4_左、P2_右＝l_n2*(Z+N)*P1*log2r4_右。

更進(jìn)一步的，還需考慮障礙物高度的因素。如圖6所示，以監(jiān)聽程序的左耳為例進(jìn)行說明。在聲音源與監(jiān)聽程序之間設(shè)置一最佳收聽的高度區(qū)域，即圖中h1、h2所圍成的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，障礙物高度越高，則對聲音的衰減越明顯，其阻擋率記為l’。則，左耳所接收到的聲音表示為P2_左＝l’*l_n1*(Z+N)*P1*log2r4_左。右耳與左耳原理相同，不再贅述。

進(jìn)而，依據(jù)所計(jì)算出的P2_左和P2_右進(jìn)行聲音合成，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)建3D聲場。

步驟S30：依據(jù)所拍攝畫面的變化，實(shí)時更新所構(gòu)建的3D聲場。

當(dāng)相機(jī)轉(zhuǎn)向時，則A聲音源、B聲音源和障礙物的位置在球面上發(fā)生變化，依據(jù)轉(zhuǎn)向后的畫面，重復(fù)步驟S20，更新所構(gòu)建的3D聲場。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明?？傊?，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。