基于物理的火焰聲音生成方法研究.pdf

1、基于物理的流體模擬一直是計算機圖形學中的熱門研究領域之一。其中,火焰模擬因其重要的應用價值,更是成為了人們研究的重點。但對火焰的研究往往集中在視覺渲染方面,在聽覺渲染的方面則相對空白。而聽覺渲染作為增強虛擬現(xiàn)實真實感的重要途徑不可或缺。本文針對該問題展開研究,將火焰聲音信號分成低頻和中高頻兩部分,分別進行快速生成,并最終將這兩部分同步在一起。
　　首先,我們采用一種基于數(shù)據(jù)驅動的方式生成火焰低頻聲音信號。我們從火焰視覺模擬中導出每

2、幀的流場速度和燃料燃燒率,由燃料燃燒率計算出由火焰前端包圍的部分的速度散度積分。之后使用基于FFT的上采樣對求得的速度散度積分進行重構,并對上采樣之后的速度散度積分在時間上求導得到聲壓即為低頻聲音信號。相比之前的計算方法,我們的模型無需顯式提取火焰前端,也避免了在火焰前端的每個三角面片上計算法向量的復雜操作,可以顯著提高計算速度,保證在復雜場景快速生成聲音的可能性。我們使用類Marching-Cube的計算方式,非常利于使用GPU并行化

3、計算,可以進一步提高效率。
　　其次,我們使用小波分析將聲音信號采樣、重構問題和尺度空間聯(lián)系在一起,并基于此提出了一種快速生成火焰聲音高頻部分的方法。我們借助小波分析多分辨率的思想,將信號空間劃分為一系列尺度空間和小波空間的集合。我們根據(jù)實驗結果和理論分析得到的火焰中高頻聲音頻譜規(guī)律來生成符合該規(guī)律的中高頻噪聲信號,并使得組成噪聲信號的每一部分子信號隸屬于相應的小波空間。我們借助從低頻信號中分離出的信息使中高頻信號與低頻信號同步,