計算機科學家開發(fā)了一種系統(tǒng)來合成計算機動畫的逼真聲音

計算機生成圖像的進步為生活帶來了生動逼真的動畫，但是與我們在屏幕上模擬的內(nèi)容(例如兩個物體碰撞)相關的聲音通常是錄音?，F(xiàn)在，斯坦福大學的研究人員開發(fā)出一種系統(tǒng)，可以自動為各種動畫現(xiàn)象提供準確的聲音。

“計算能夠為人類模擬現(xiàn)實是一個圣杯。我們可以使用物理和計算機圖形為場景制作動畫并進行視覺渲染，但是，對于聲音，它們通常都會被制作出來，”Doug James教授說道。斯坦福大學的計算機科學。“目前沒有辦法為復雜的動畫內(nèi)容生成逼真的同步聲音，例如自動濺水或撞擊物體。這就填補了這個空白。”

研究人員將作為ACM SIGGRAPH 2018的一部分介紹他們在這個聲音合成系統(tǒng)上的工作，這是計算機圖形學和交互技術的領先會議。研究人員說，除了活躍電影和虛擬現(xiàn)實世界外，該系統(tǒng)還可以幫助工程公司在物理生產(chǎn)之前對產(chǎn)品的聲音進行原型設計，并希望鼓勵設計更安靜，更少刺激。

詹姆斯實驗室和計算與數(shù)學工程研究所(ICME)的研究生 Jui-Hsien Wang表示：“我花了數(shù)年時間試圖解決偏微分方程 - 它控制聲音的傳播方式。” 該論文的第一作者。“這實際上是一個你不僅可以解決這個問題的地方，但是一旦你完成它就可以聽到它。這對我來說非常令人興奮，而且很有趣。”

通過幾何和物理運動，系統(tǒng)可以計算出每個物體的振動，以及如何像揚聲器那樣激發(fā)聲波。它計算由快速移動和振動的表面拋出的壓力波，但不會復制室內(nèi)聲學。因此，雖然它不能在宏偉的大教堂中重現(xiàn)回聲，但它可以解決諸如撞擊鈸，顛倒的碗旋轉(zhuǎn)到停止，玻璃填滿水或虛擬人物用擴音器說話等場景中的詳細聲音。

與動畫相關的大多數(shù)聲音依賴于預先錄制的剪輯，這需要大量的手動操作來與屏幕上的動作同步。這些片段也受限于存在的噪音 - 它們無法預測任何新的東西。產(chǎn)生和預測聲音的其他系統(tǒng)與詹姆斯及其團隊的聲音一樣準確，僅在特殊情況下工作，或者假設幾何體不會變形很多。對于每個單獨的對象，它們還需要很長的預計算階段。

“我們基本上只是一個渲染按鈕，具有最少的預處理功能，可以在一個聲波模擬中將所有物體放在一起，”詹姆斯實驗室的研究生，該論文的共同作者Ante Qu說。

由此方法產(chǎn)生的模擬聲音非常詳細。它考慮了動畫中每個物體產(chǎn)生的聲波，但也根據(jù)它們與場景中其他物體和聲波的相互作用來預測這些波的彎曲，反彈或減弱情況。

未來的挑戰(zhàn)

在目前的形式中，該集團的流程需要一段時間來創(chuàng)建成品。但是，現(xiàn)在他們已經(jīng)證明了這種技術的潛力，他們可以專注于性能優(yōu)化，例如在并行GPU硬件上實現(xiàn)他們的方法，這應該會大大加快。

而且，即使在目前的狀態(tài)下，結果也值得等待。

“我們用系統(tǒng)生成的第一個水聲是我們模擬過的最好的水聲之一 - 水是計算機產(chǎn)生的聲音中的巨大挑戰(zhàn)，”詹姆斯說。“我們認為我們可能會有所改善，但它比以前的方法要好得多，甚至開箱即用。這真的很引人注目。”

盡管該樂隊的作品忠實地呈現(xiàn)各種物體的旋轉(zhuǎn)，摔倒和撞擊聲，但更復雜的物體和相互作用 - 如斯特拉迪瓦里小提琴的回響音 - 仍然難以實際模擬。該組織表示，將不得不等待未來的解決方案。