【摘要】：樹木三維可視化、樹木三維重建是當前國內(nèi)外計算機虛擬現(xiàn)實技術的研究重點。目前大多數(shù)學者著眼于三維樹動畫的研究,在樹聲音生成和渲染方面的研究相對較少,通過錄制真實樹聲音或通過專業(yè)音頻制作者配音的傳統(tǒng)方法有著匹配度不高或人工成本高昂的問題,不能滿足本研究的需求。針對這種問題,本文將樹分成樹枝和樹葉兩個部分,通過分析樹動畫中樹枝以及樹葉的位置關系,采用聲音建模、波表合成的方法,實驗出一種虛擬三維樹聲音渲染的方法。本文主要貢獻如下:(1)樹枝聲音的生成。其主要步驟如下:1.采用空氣動力聲中卡門渦街模型,獲取樹枝聲音的頻率。2.建立頻率組獲取樹枝的音色。3.以共軛的形式表示頻率組,并為所有的頻率賦予隨機相位,采用逆傅里葉變換獲取樹枝的波表數(shù)據(jù)。4.為樹枝和風添加湍流模型,將獲取的模擬風速作為波表變換的輸入條件,通過波表合成生成樹枝聲音。5.對樹枝聲音生成結果添加窗函數(shù)。6.對直徑相近樹枝使用同一張波表,減少波表的預處理時間。通過對兩棵樹模型進行測試,測試結果表明,樹模型1的預處理時間為120s,樹模型2的預處理時間為598s。(2)樹葉聲音的生成。其主要步驟如下:1.通過過濾高斯白噪聲生成粉紅噪聲。2.測試聲音頻率,選定2000~4000Hz段的粉紅噪聲作為樹葉聲音頻率,并使用逆傅里葉變換生成樹葉的波表。3.根據(jù)樹葉之間相對位置關系,獲取不同風速下樹葉碰撞數(shù)量。4.提出一種簡化的運動模型,使用一張樹葉的波表模擬樹葉碰撞和摩擦的過程,采用湍流模型模擬的風速作為輸入條件,通過波表合成生成樹葉聲音。使用2棵樹模型進行測試,結果表明,風速的提升會使得樹葉波表的生成時間明顯的增加,樹模型1有285片樹葉,波表生成的時間為5.9s。樹模型2有6420片樹葉,波表生成的時間為367s。本文使用卡門渦街和粉紅噪聲作為樹聲音模型,對樹動畫匹配進行了測試,實驗結果表明本方法生成的樹葉和樹葉聲音可以根據(jù)樹動畫中樹枝和樹葉位置的變化,渲染出較為匹配動畫效果的樹聲音,并能根據(jù)觀測點位置的變化,得到左右聲道聲效不同的樹聲音,滿足課題的要求。
[Abstract]:Tree 3D visualization and tree 3D reconstruction are the research focus of computer virtual reality technology at home and abroad. At present, most scholars focus on the research of 3D tree animation, but the research on tree sound generation and rendering is relatively few. The traditional methods of recording real tree sound or dubbing by professional audio producers have the problem of low matching degree or high labor cost, which can not meet the needs of this study. In order to solve this problem, this paper divides the tree into two parts: tree branches and leaves. By analyzing the relationship between branches and leaves in tree animation, using the method of sound modeling and wave table synthesis, a virtual 3D tree sound rendering method is proposed. The main contributions of this paper are as follows: (1) the generation of branch sound. The main steps are as follows: 1. The frequency of branch sound was obtained by using the Carmen vortex model in aerodynamic sound. 2. Set up a frequency group to get the timbre of a branch. 3. The frequency group is expressed in conjugate form and the random phase is given to all frequencies. The wave table data of tree branches are obtained by inverse Fourier transform. 4. By adding turbulence model to tree branch and wind, the obtained simulated wind speed is used as input condition of wave table transformation, and the sound of tree branch is generated by wave table synthesis. Add window function to the result of tree branch sound generation. 6. The same Zhang Bo table is used for the similar diameter branches to reduce the pretreatment time of the wave meter. The test results of two tree models show that the pretreatment time of tree model 1 is 120 s, and that of tree model 2 is 598s. (2) the sound generation of leaves. The main steps are as follows: 1. By filtering Gao Si white noise to produce pink noise. 2. Test the sound frequency, select the pink noise of the 2000~4000Hz segment as the leaf sound frequency, and use inverse Fourier transform to generate the leaf wave table. 3. According to the relative position relationship between leaves, the number of leaf collision under different wind speed was obtained. 4. 4. A simplified motion model is proposed in which a wave table of a leaf is used to simulate the process of leaf collision and friction. The wind speed simulated by turbulence model is used as input condition and the sound of leaves is generated by wave table synthesis. Two tree models were used to test the results. The results showed that the time of leaf wave table formation was obviously increased with the increase of wind speed. The tree model 1 had 285 leaves and the time of wave table formation was 5.9 seconds. Tree model 2 has 6420 leaves and the time of wave table formation is 367s. In this paper, using Carmen vortex and pink noise as the tree sound model, the tree animation matching is tested. The experimental results show that the tree leaves and leaf sound generated by this method can be changed according to the tree branch and leaf position in the tree animation. The tree sound which matches the animation effect is rendered, and the tree sound with different sound effects can be obtained according to the change of the observation point position, which meets the requirements of the subject.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.9

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本文編號：2402138