斯坦福開發(fā)全息聲音合成系統(tǒng) 自動(dòng)為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫渲染逼真聲音

　　2018年08月13日，通過計(jì)算快速移動(dòng)和振動(dòng)表面(例如鈸)所產(chǎn)生的壓力波，斯坦福研究人員開發(fā)的全息聲音合成系統(tǒng)可以自動(dòng)為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫渲染逼真的聲音。

　　計(jì)算機(jī)生成圖像的進(jìn)步帶來了生動(dòng)逼真的動(dòng)畫，但與之相關(guān)的聲音通常只是錄音。現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種新系統(tǒng)，可以自動(dòng)為各種動(dòng)畫現(xiàn)象提供準(zhǔn)確的聲音。

　　斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系的道格·詹姆斯(Doug James)教授說道：“計(jì)算為人類模擬現(xiàn)實(shí)的過程中存在一個(gè)圣杯。我們可以用物理和計(jì)算機(jī)圖形為場(chǎng)景制作動(dòng)畫。但對(duì)于聲音，它們通常都是編造而成。目前無法為復(fù)雜的動(dòng)畫內(nèi)容生成逼真的同步聲音，比如說自動(dòng)濺水或碰撞物體。這(新系統(tǒng))填補(bǔ)了空白。”

　　研究人員將在ACM SIGGRAPH 2018大會(huì)介紹這個(gè)聲音合成系統(tǒng)。研究人員表示，除了電影和虛擬現(xiàn)實(shí)世界外，這個(gè)系統(tǒng)還可以幫助工程公司在物理生產(chǎn)之前對(duì)產(chǎn)品的聲音進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，并希望能夠鼓勵(lì)更安靜，更少刺激的設(shè)計(jì)。

　　計(jì)算與數(shù)學(xué)工程研究所(ICME)的研究生Jui-Hsien Wang說道：“我花了數(shù)年時(shí)間試圖解開偏微分方程，這是控制聲音傳播的方式。這對(duì)我來說真的很令人興奮，而且很有趣。”

　　1. 預(yù)測(cè)聲音

　　通過幾何和物理運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)可以計(jì)算出每個(gè)對(duì)象的振動(dòng)，以及如何像揚(yáng)聲器那樣通過振動(dòng)來激發(fā)聲波。它計(jì)算由快速移動(dòng)和振動(dòng)表面拋出的壓力波，但不會(huì)復(fù)制室內(nèi)聲學(xué)。因此，盡管不能在宏偉的大教堂中重現(xiàn)回聲，但它可以應(yīng)對(duì)各種情況下的詳細(xì)聲音，例如鈸相撞，顛倒的碗旋轉(zhuǎn)到停止，杯子填滿水，或虛擬人物用擴(kuò)音器說話。

　　與動(dòng)畫相關(guān)的大多數(shù)聲音都依賴于預(yù)先錄制的剪輯，這需要大量的手動(dòng)操作來與屏幕上的動(dòng)作同步。片段同時(shí)受限于存在的噪音，它們無法預(yù)測(cè)任何新的東西。能夠產(chǎn)生和預(yù)測(cè)聲音的其他系統(tǒng)僅支持特殊情況，或者假設(shè)幾何體不會(huì)出現(xiàn)太多變形。對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的對(duì)象，它們同時(shí)需要很長(zhǎng)的預(yù)計(jì)算階段。

　　論文共同作者Ante Qu說道：“我們基本上只是一個(gè)渲染按鈕，具有最少的預(yù)處理功能，在一次聲波模擬中將所有對(duì)象放在一起。”

　　由此方法產(chǎn)生的模擬聲音非常詳細(xì)。它考慮了動(dòng)畫中每個(gè)對(duì)象產(chǎn)生的聲波，但也預(yù)測(cè)了這些聲波如何根據(jù)它們與場(chǎng)景中其他對(duì)象和聲波的相互作用而彎曲，反彈或減弱。

　　2. 挑戰(zhàn)

　　在目前的形態(tài)中，小組的流程需要一段時(shí)間來創(chuàng)建成品。但是，現(xiàn)在他們已經(jīng)證明了這種技術(shù)的潛力，他們可以專注于性能優(yōu)化，例如在并行GPU硬件上實(shí)現(xiàn)他們的方法，而這應(yīng)該會(huì)提高其速度。

　　然而，即便是在當(dāng)前的形態(tài)下，這一切都值得我們的等待和期待。詹姆斯說道：“我們用系統(tǒng)生成的第一個(gè)水聲是我們模擬過的最好水聲之一，而水是計(jì)算機(jī)生成聲音方面的巨大挑戰(zhàn)。我們認(rèn)為我們可能會(huì)有一些改進(jìn)，但它已經(jīng)比以前的方法要好得多，甚至是開箱即用。這真的非常令人震撼。”

　　雖然該小組的研究能夠忠實(shí)地呈現(xiàn)各種對(duì)象的旋轉(zhuǎn)，摔倒和撞擊聲，但仍難以逼真地模擬更復(fù)雜的對(duì)象和相互作用，如斯特拉迪瓦里小提琴的回響音。這個(gè)研究小組表示，他們將不得不等待未來的解決方案。