geometric modeling of sound propagation in 3d environments · 2004. 4. 20. · small wood corridor...
TRANSCRIPT
F1
Geometric Modeling ofSound Propagation in
3D Environments
Geometric Modeling ofSound Propagation in
3D Environments
�������������
Computer Science DepartmentPrinceton University
�������������
Computer Science DepartmentPrinceton University
Goal
������� ������������������������ �����
0-10 ms
90-100 ms
30-40 ms
120-130 ms 150-160 ms
60-70 ms
Stettner92
Sound Source
Motivation
���������������������� �������
Ø �������������������� �����
� ��� ���������������
� !�������� �����
Evans & Sutherland
Vartek NV
Motivation
���������������������� �������
� �������������������� �����
Ø ��� ���������������
� !�������� �����Unreal Tournament,
Epic / GT Interactive 1999
Large stone hall
Small wood corridor Small metal room
Unreal Tournament, Epic / GT Interactive 1999
Alone in the Dark 4, Darkworks/Infogrames, 2000
Motivation
���������������������� �������
� �������������������� �����
� ��� ���������������
Ø !�������� �����
Moves InstituteEverquestMoves Institute
Audio Rendering
Input Audio Signals
AcousticModeling
Output Audio Signal(s)
Source Receiver
VirtualEnvironment
AuditoryDisplayA
mpl
itude
Time Delay
Impulse Response
F2
Talk Outline
"� ������
#������������������ ���$
%����� �����������
� !������ ���� ���
� �������� ���
������
�� ��$� �
Acoustic Modeling Overview
������������������
� ��������������������
� &����� ��������� ����
� # ��������� ��� '� �����
Acoustic Modeling Overview
������������������
Ø ��������������������
� &����� ��������� ����
� # ��������� ��� '� ����
= wave theory approximation
Stettner92
Acoustic Modeling Overview
������������������
� ��������������������
Ø &����� ��������� ����
� # ��������� ��� '� �����
= ray theory approximation
PropagationPaths
Acoustic Modeling Overview
������������������
� ��������������������
� &����� ��������� ����
Ø # ��������� ��� '� ���� = perceptual approximation
τ1
τN
τ 2
g1
gN
g2
A
delay attenuation
feedback matrix
Feedback Delay NetworkJot
Acoustic Modeling Overview
"������ �������(�� �����������)
Am
plitu
de
Time DelayDirectSound
EarlyPropagation
LateReverberation
ArtificialReverberation
GeometricPath Tracing
F3
Acoustic Modeling Overview
"������ �������(�� �����������)
Am
plitu
de
Time DelayDirectSound
EarlyPropagation
LateReverberation
ArtificialReverberation
GeometricPath Tracing
Geometric Path Tracing
�������������������� ���� �������������������������
Geometric Path Tracing
������������������
Ø "������� ���
� ����� ����
� %����� ����
������������ � ����������$����*�� ������ ���+�
Geometric Path Tracing
������������������
Ø "������� ���
� ����� ����
� %����� ����
������������ � ����������$����*�� ������ ���+�
Geometric Path Tracing
������������������
� "������� ���
Ø ����� ����
� %����� ����
� ���� ����� ����� ��
Geometric Path Tracing
������������������
� "������� ���
� ����� ����
Ø %����� ����
� ����'�����('�������� ���)�� ����� ��
F4
Geometric Path Tracing
������������������
� "������� ���
� ����� ����
Ø %����� ����
Beam Tracing Method
,������� ��
� ���������� ��������������
� ������������� ��������-�� ��������-����� �����
� .������������� ������� ���������� ��/ ������ �����
� !�������� �������0����������� �����
Papers atSIGGRAPH
1998, 1999, 2001
Talk Outline
"� ������
#������������������ ���$
%����� �����������
Ø !������ ���� ���
� �������� ���
������
�� ��$� �
Beam Tracing Method
Cell Adjacency Graph
Spatial Subdivision
StationarySources
SourceAudio
Beam Trees
Beam Tracing
Propagation Paths
Path Generation
Auditory Display
MovingReceiver
Off-LineInteractive
3D Environment
Spatialized Audio
Step 4: Auralization
��'�������������������� ��� ������
source
receiver
Beam Tracing Method
Cell Adjacency Graph
Spatial Subdivision
StationarySources
SourceAudio
Beam Trees
Beam Tracing
Propagation Paths
Path Generation
Auditory Display
MovingReceiver
Off-LineInteractive
3D Environment
Spatialized Audio
F5
Beam Tracing Demo Experimental Results
������ �������������������� ��������� ������ ������$�������� ��� ���������
Beam Tracing Results
%����� ����������������� ����� �$�$�������'���������1���������� ����
0
100000
200000
300000
400000
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
# Polygons in Environment
# B
eam
s T
race
d
(up
to
8 r
efle
ctio
ns)
Path Generation Results
2 ������������������������� ���������3������ ��� ������ �����
0
0.1
0.2
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
# Polygons in Environment
Pat
h G
ener
atio
n T
ime
(in
sec
on
ds)
10,057 input polygons8 specular reflections6 updates per second
195MHz CPU (1998)
Path Generation Video Path Generation Demo
Reflection pathsupdated interactively
StationarySource
F6
Auralization Video I
Specular reflection only
Auralization Video II
Diffraction and specular reflection
Diagnostic Results
Paths
Power Power + Paths
Diagnostic Results
Specular Reflection + Diffraction
Specular Reflection Only
Diffraction Only
Diagnostic Results Talk Outline
"� ������
#������������������ ���$
%����� �����������
� !������ ���� ���
� �������� ���
������
�� ��$� �
F7
Multi-Player Game System
AudioServer
Client B Client D
Client CClient A
Network
Player Audio& Viewpoints
Spatialized Audio Network
Moving Sources & Receivers
����������� �� ��������
� ���� ���������������'��$���������� ���������� �-����
� $���� ���0����������� ����-�����
� ������������ ��������
Real-timePath Tracing
Real-Time Beam Tracing
� ����'������� �� ���������� ���/ ������ ���� ���0����
� #�� ������'����� ����
� 2 �� ���0� ����'����� ����
� %��� ��������'����� ����
� ����0� ��������������
Audio
Receiver
Audio
SourcePath Generation
Sequence Construction
Beam Tracing
Real-Time System Organization
Avatar Regions
Motion Prediction AvatarViewpoints
AvatarAudio
Conservative Beams
Beam Tracing
Traversal Sequences
Sequence Construction
Reflection Paths
Path Generation
Auralization Spatialized
Audio
~10 Hz
~100 Hz
GlobalPriority Queue
Amortized Beam Tracing
� ����'������ ���� ������������� ���������
Beams from box over-estimate paths from points in boxBeams from box over-estimate paths from points in box
AA
Priority-Driven Beam Tracing
2 �� ������'�����'��������������������� ������ �
BBBB
400 beams with shortest paths to “B”400 beams with shortest paths to “B”
AA AA
F8
Bidirectional Beam Tracing
��'���'������ ������ ������ ������� �
Beams from “A” (up to 2 reflections)
Beams from “A” (up to 2 reflections)
Beams from “B” (up to 2 reflections)
Beams from “B” (up to 2 reflections)
AA
BB
Bidirectional Beam Tracing
��'���'������ ������ ������ �������
Surface intersectionSurface intersection
AA
BB
Bidirectional Beam Tracing
��'���'������ ������ ������ �������
Propagation pathPropagation path
BB
AA
Path Generation
Bidirectional sequencing
Beam Tracing
Predictive Time-Critical Computing
Avatar Regions
Motion Prediction AvatarViewpoints
AvatarAudio
Conservative Beams
Beam Tracing
Traversal Sequences
Bidirectional sequencing
Reflection Paths
Path Generation
Auralization Spatialized
Audio
~10 Hz
~100 Hz
GlobalPriority Queue
of Beams
Real-Time Beam Tracing Video
Specular reflection only
Summary
2���������0'��������������������
� ��������������������� ���
� ��� ���������������
� !�������� �����
%����� ������������
� 2 ����������-����� ������-�����1
� #�� �����-�� �� ���0� ���-'��� �������-���������-�����
� 2 �������������0� ��������������
������
� "�� ������������������������� ��������������
� ����0������ �������������� ���/ ������ ������
F9
Limitations of Current Method
4���������0����������� �����
� %��������� �� �-�������-�����
4��������� ��������-�� ��������-�������� �����
� 5� �-��������� �������� ������$�������������
4���� �6���0�������������������� ���0����
� 7���������� ��$������������������ ����� �� ����(����-������5 �)
Future Work
�� ����� ������ �����
� ��������������1���� �����
� ����� �����
%���� ������� ���������
� ������� ���������
� ���� ��������'�������
������ ������
� ������������ �/���� �����������������������������
�����'���� ���������������������������
� ������ ��������������� ���� �1�������
Thank You ...
2 ������.��� ����
� 2� �� ���-�2�� ������-#����7��-�2��� ������
%������'� ��� ���
� 7�������������-�"� ��� � �'��-�&� ��8���-������!����-�9���:���-������&����-&�����2�����
�����#������
� 7!�� � �� �#$� �-�!������������& ��
����;//$$$����� ��������/<��