編譯/VR陀螺

近日，美國專利商標局正式授予蘋果一項與聽覺化領(lǐng)域有關(guān)的專利。更特別的是，這項專利還涉及到虛擬3D環(huán)境的實時聽覺化技術(shù)，包括優(yōu)化聲學(xué)射線追蹤過程。

蘋果公司在其專利背景中指出，在過去的幾十年里，虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)已經(jīng)成為各種應(yīng)用的有力工具，例如在科學(xué)、設(shè)計、醫(yī)學(xué)、游戲和工程領(lǐng)域，以及在更有遠見的應(yīng)用中，例如創(chuàng)建旨在模擬現(xiàn)實世界環(huán)境對應(yīng)的外觀和聲音 "虛擬空間"。

然而，近年來的大部分創(chuàng)新都集中在創(chuàng)建虛擬視覺效果上（例如，VR頭顯和電子游戲系統(tǒng)等）。為了增加這種虛擬環(huán)境的沉浸感，使之成為盡可能真實地進行模擬，重要的是要考慮多種感官刺激，而不僅僅是模擬視覺刺激，還可以模擬聲音刺激，甚至嗅覺和/或觸摸刺激。

與可視化類似，虛擬環(huán)境的"聽覺化"描述了聲音傳播的模擬，其中幾何聲學(xué)（GA）的方法可用于模擬聲波的某些現(xiàn)實行為。在這種模擬中，可以考慮到三維環(huán)境中的各種聲波反射模型以及聲波混響模型來生成空間音頻信號。這種空間音頻可以使用例如數(shù)字音頻工作站(DAW) 等軟件生成，并且可以用于各種應(yīng)用，例如房間規(guī)劃和/或音樂或建筑聲音模擬。

目前的空間音頻合成軟件通?？梢怨芾韺崟r模擬移動接收器周圍移動聲源的計算負荷，這些模擬往往是基于靜態(tài)混響的。然而在現(xiàn)實世界的場景中，聲波和反射性/阻礙性表面之間存在著顯著的相互作用，例如，在進入或離開房間的時候會有不同的聲音效果。此外，當(dāng)用戶（或虛擬用戶）聽著合成的音頻信號瀏覽真實世界（或虛擬）環(huán)境時，房間里的各種門戶（如門、窗、屋頂）可能動態(tài)地打開和/或關(guān)閉。房間建筑或場景構(gòu)成中的每一個變化都會對房間里的聲波在任何給定瞬間的實時模擬方式產(chǎn)生重大影響。

現(xiàn)在需要改進虛擬三維環(huán)境的實時物理精確聽覺化技術(shù)。這包括其中任何（或全部）的環(huán)境：聲源、聲音接收器和虛擬環(huán)境中的幾何/表面可能在聲源被模擬時產(chǎn)生的動態(tài)變化。這樣的技術(shù)也可以應(yīng)用于AR場景，例如，將額外的聲音信息添加到聽眾的真實環(huán)境中，以準確模擬聽眾真實環(huán)境中不存在的 "虛擬"聲源，以及混合現(xiàn)實場景、聲音可視化應(yīng)用、房間規(guī)劃和/或3D聲音混合應(yīng)用。

蘋果公司的授權(quán)專利描述了一些方法，這些方法被配置為在復(fù)雜環(huán)境中產(chǎn)生物理準確聽覺化的聲音傳播方法，包括重要的波效應(yīng)，如吸聲、聲音散射和房間之間的空氣聲隔離。

這種技術(shù)不僅可以支持逼真的聲場渲染，還可以實時模擬空間分布、可自由移動的聲源和接收器，以及對環(huán)境本身的修改和操作。

可以利用技術(shù)來確定更準確的"聲學(xué)有效"房間容積，特別是對于某些很難確定房間容積的三維房間模型。這項技術(shù)對于迂回的空間、孔洞（例如，打開的窗戶）甚至是 "半開放"的空間（例如，體育場）來說尤其有用。許多聲學(xué)方程或算法需要對房間（如環(huán)境）的體積進行準確的估計。

具有聲學(xué)效果的房間容積估算技術(shù)可以處理開放和半開放的空間、打開的窗戶、有無法到達的角落的曲折空間，甚至可以檢測出在非常小的開口后應(yīng)該考慮的容積量。這樣一來，在本領(lǐng)域已經(jīng)使用的相同的聲學(xué)方程或算法可以通過使用本文描述的聲學(xué)有效房間容積估算技術(shù)（相對于簡單的三維模型容積計算）而得到顯著的改善。

使用聲學(xué)有效房間容積估算技術(shù)將使這些聲學(xué)方程更加準確，此外，可以利用技術(shù)來優(yōu)化聲學(xué)射線追蹤。在圖形/光學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)存在快速和優(yōu)化的射線追蹤算法，但對聲學(xué)來說要么缺乏性能，要么缺乏物理精度。因此，通過考慮聲學(xué)波的傳播和人類聽眾的心理聲學(xué)特征，本文所述的改進射線追蹤過程適應(yīng)于聲音（而不是光）傳播的問題。改進后的射線追蹤器提高了對聲學(xué)目的的適用性，同時也提升了性能。

蘋果公司的專利圖1顯示了一個示例性的聲學(xué)房間模型和房間模型的相應(yīng)規(guī)范；圖2是一個流程圖，說明了一種估算聲學(xué)有效房間容積的方法。

圖源：patentlyapple

蘋果公司的專利圖6是一個虛擬三維環(huán)境的房間聲學(xué)示范性可視化。各種射線路徑代表了從源頭（例如，在房間里的第602號位置）發(fā)出的反射路徑，這些反射路徑在檢測器（例如，在房間里的第604號位置）被接收。

圖源：patentlyapple

欲了解更多細節(jié)，請查閱蘋果公司的授權(quán)專利11,197,119。

來源：patentlyapple