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ayx爱游戏体育:《现代电影技术》|声景观虚拟

编辑:ayx爱游戏体育|官方网站时间:2022-09-17 17:55点击量:130

  台作为中间件》以当前虚拟引擎的声景观重建技术为背景《声景观虚拟仿真资产管理——以SketchUp平,在影视等相关领域的应用场景探索了当前虚拟仿真建模技术,模的信息采集和规划设计过程阐述了BIM和GIS主流建,空间和公共空间的文献和应用价值分析了国内外声景观在建筑物室内,M技术下的声景观采集和资产管理方法提出了SketchUp平台在BI,进行了系统阐述和模块优化并就该中间件的技术要素,块和数据格式交换等包括IFC等插件模。具性参考和应用实践的文献资料本篇论文是声景观虚拟仿真的工,ketchUp平台和插件操作读者可以通过自己动手实践S,采集和管理上的适配和优化探索虚拟仿真在声景观资产,实现虚拟仿真背景借助该中间件技术,景的建筑物及公共空间的搭建进而拓展到虚幻引擎和游戏场,建静态或动态的虚拟背景甚至可以为虚拟数字人构,宇宙空间)上搭建声景观资产仍具有应用价值未来对于在扩展现实(XR)的数字世界(元,索实践完善值得不断探。

  观重建技术作为背景以虚幻引擎中的声景,建模前期的工具优化着眼于声景观虚拟,件平台作为声景观资产管理的中间件笔者提出了将SketchUp软,集与重建流程中的信息管理以此辅助声景观素材快速采。模的工作流程的基础上在分析虚拟声景观建,记录话筒空间信息的技术方案提出了利用SketchUp,基于IFC分类的对象属性拓展方法重点探索了SketchUp平台,发提供了比较成熟的技术路线为今后声景观建模的中间件开。

  年来近,用于影视拍摄的虚拟预演、大型文艺活动的场景仿真以及建筑空间的方案设计等领域以虚拟现实(VR)和增强现实(AR)为基础的虚拟建模仿真技术越来越多地应,态图纸推演的设计方式改变了过去主要基于静。筑空间的规划与设计过程将虚拟仿真技术引入建,评价与决策能够辅助,供有益的参考为设计方案提。述设计手段的重要组成部分空间声景观的虚拟仿真是上。

  依赖于模型信息的准确记录基于三维模型的虚拟仿真,型)技术和GIS(地理信息系统)技术目前比较主流的有BIM(建筑信息模。地说笼统,大面积地理空间的调查统计GIS技术往往用于室外,建筑物细节的描述较少生成的数据模型对于,及其室内空间相关的模型数据而BIM技术更适合建筑物。)技术的声景观信息采集技术基于GIS(地理信息系统,结合实际的工程案例近年来有多位研究者,本的实践方法初步总结了基。地参与到声景观调研的实践环节虚拟仿真相关技术已经越来越多,积累已有超过十年的时间欧美国家在这方面的研究。sitat Pompeu Fabra)早在2011年就发表了关于虚拟声景观合成的研究成果[1]西班牙庞培法布拉大学的音乐科技小组(Music Technology Group Univer,地理信息的“声音地图”文件文章阐述了用于记录声景观,字合成的基础参数结构并介绍了面向声景观数。Earth提供的地理位置标记功能该项目使用卫星地图Google ,的地理信息数据文件支持导出KML格式。景观数据的管理该技术用于声,度较高普及程,声景观研究项目采用被世界范围内许多。则以西湖景区的声景观调研作为背景2015年扈军的博士论文[2],直到后期处理各阶段的实践过程详细介绍了GIS数据从采集。技术介入声景观调研的工作方法该论文比较系统地呈现了GIS,分和采样点的选择策略尤其是对调查区域的划,参考值得。相关的数据处理与声景图的绘制虽然研究的主体聚焦于声景图,实技术在声景观调研中的应用但文章中初步提出了虚拟现,参考价值具有一定。er)等人介绍了基于地理数据模型的声景图生成方法[3]2016年凯瑟琳(Catherine Lavandi。以及鸟鸣声等多种元素的分布密度规律研究着眼于城市声景观中交通、人声,空间密度的可视化并探讨了声景观,基础上在此,度指数的预测模型研究了场景愉悦。化与参数预测的角度该研究从数据可视,景观规划预测之间的关联探讨了地理信息模型与声。实(VR)技术与土地信息系统(Land Information System2019年桑得罗(Sandro Sacchelli)等人展示了一套基于虚拟现,采集、评估实践案例LIS)的声景观,化生态景观的评估和管理[4]旨在借助上述多种技术辅助文。据记录以及信息管理方案但是对于声景观的资产数,及具体细节文中并未提。年同,s)等人利用虚拟现实(VR)技术马卡斯(Berger Marku,下城市声环境的仿线]探索了第一人称视角。浸式视觉与听觉要素的耦合程度重点研究了大尺度空间环境中沉,数据结果进行了对比并对不同密度的采样。噪声作为研究对象虽然主要以交通,GML格式文件导入Unity3D游戏引擎但该研究将GIS信息系统中常用的City,环境虚拟仿真建模进而实现城市声,强现实系统自然声补充的户外声景观调研评价方法研究》将增强现实(AR)技术应用于户外声景观调研这样的技术路线年由Joo Young Hong等世界多位声景观研究学者联合发表的论文《基于增,分析方法、数据的采集方法以及处理方法[6]系统性地介绍了项目所运用的架构方案、场地。

  意的是值得注,样存在着丰富的声景观建筑物室内空间也同。间的声景观设计开展建筑室内空,等公共空间开展声景观的设计研究尤其是在博物馆、图书馆、餐厅,究与应用价值具有广阔的研。性空间的声景观研究成果丰富将GIS技术运用于室外开放,筑室内空间小尺度的声景观调研但该技术现阶段无法适用于建。内空间声景观研究与设计的案例相对较少而将BIM技术的思想方法运用建筑室,重建与生成领域特别是声景观的,于探索阶段目前还处。术的支持下在BIM技,资产管理方法的研究开展声景观的采集与,特的价值具有独。

  实地采集的录音素材声景观调研资料和,景中的重要资产是虚拟仿真场。方法研究》中总结了声景观素材采集与管理的基本工序框架在笔者撰写的另一篇文章《面向虚拟声景观重建的素材采集,1所示如图。样的大规模虚拟仿真项目中尤其是在数字孪生城市这,观的虚拟重建为了实现声景,信息类型种类繁杂需要记录的资产。简便易行的信息记录工具因此更加需要选择一种,点进一步完善工具的功能并根据声景观调研的特,仿真引擎之间的信息管理中介作为连接现场采集记录与虚拟。的中间媒介有了这样,虚幻引擎的资产管理和脚本编写的具体方法现场采集人员无需花费大量精力用于学习,速投入工作就可以快,用规范的资产信息形成完整且符合使,的建模环节供应给后续。为声景观虚拟仿真的中间件我们将这样的中介工具称。

  主流的三维模型建模软件SketchUp是一款,械与产品设计等领域有着广泛的应用在建筑原型设计、风景园林规划、机,游戏引擎平台对SketchUp模型文件的兼容也日趋稳定诸如Unreal Engine和Unity3D等主流。用户提供快速、简便的三维模型创建功能SketchUp软件的产品定位是为,积较为轻量化因此软件的体,他三维建模软件更加直观且用户的操作方式相较其,展示出概略的三维设计构想能够让用户在很短时间内。控制台中的脚本控制该软件同时也支持,y语言的API接口开放了基于Rub,插件的拓展支持开源。外此,活高效的多用户协作功能SketchUp具备灵,作任务拆分给多个用户协作完成能够将大规模复杂场景下的工。chUp平台的基本特点上述这些特点是Sket,重要优势也是它的。些特性依据这,为声景观资产的采集的辅助工具SketchUp非常适合作,类属性信息的记录整合工作完成空间音频素材以及各。chUp作为中间件笔者选取Sket,相关的各类资产信息记录素材采集过程。

  维声格式的支持情况依据虚幻引擎对三,的空间音频录制与重放技术综合考虑适用于声景观设计,集宜以一阶Ambisonics线]现阶段记录声景观整体声场的素材采。时需要明确录制时选用的声道顺序格式以及话筒指向的姿态由Ambisonics格式录制的空间音频文件在重放。建模平台作为三维,改变三维物体在模型中的摆放位置SketchUp能够非常便捷地。间位置由三维模型的(X素材采集话筒所处的空,Y,坐标系表示Z)直角,向由(Rotx而话筒轴的指,tyRo,otx表示以X轴为旋转轴的旋转Rotz)旋转角度表示(例如R,值表示)用角度。非常直观记录方法,p基础的模型编辑功能利用SketchU,三维场景模型中对应的空间位置和指向可将话筒模型(或简化模型)摆放到,间位置和话筒的空间位置信息以此记录实地采集所在的空。Up模型完成后Sketch,aSmith导入Dat,引擎所使用的坐标体系就能自动转换为虚幻。数字资产的调用接口模块虚幻引擎(UE)提供了,观素材导入处理任务时在面对较大规模的声景,提高工作效率能够大幅度。2所示如图,“Play Sound at Location”模块实现[8]虚幻引擎中空间音频素材的重放可以通过调用Blueprint中的。

  录话筒的空间位置与姿态之外除了采用手工编辑的方法记,感器的话筒姿态追踪系统还可以考虑搭建基于传。位置或加速度传感器的数据该系统的基本原理是读取,准化转换后将数值标,的标准构造类Transformation(几何变形)传入SketchUp开源的API接口模块 Geom下。ation与Rotate等方法利用改构造类下属的Transl,几何位置信息刷新模型的。基本原理如图3所示姿态识别控制系统的。料显示据资,3D Device Port)的原型实验项目中[9]在一项名为“虚拟3D设备接口” (Virtual ,ketchUp模型之间的交互控制开发者成功实现了姿态传感器与S。度传感器固定在话筒上实现原理如下:加速,ino控制器发送到指定的端口识别姿态相关参数Aardu,本侦听相应的端口再由Ruby脚,ketchUp之间的串口通信从而读取Arduino与S。tchy Physics Inspector模块的对应变量中将读取到的对应参数传递到SketchUp的物理仿真插件Ske,被监测话筒的位置与姿态信息最后由该仿真插件实时更新。景观采集过程的位置与角度信息记录工作该技术可有效服务于复杂场景中大规模声,全流程的工作效率提高采集与建模。

  城市规划与建筑设计[10-12]参数生成的方法越来越多地应用于,模型几何尺寸、表面材质等视觉层次的表现虚拟场景建模的范畴已经不局限于对建筑,泛融合了模型的参数信息近年来的虚拟场景建模广。等三维建模软件的文件数据以及IFC、FBX等三维格式的数据交换提供了便利虚幻引擎内置的DataSmith导入机制也为诸如Sketch、Revit。型的属性信息上述多种类,景中的重要资产是虚拟仿真场。与管理全周期中的各个环节他们对于声景观素材采集,的参考意义有着重要。

  oundation Classes)的缩写IFC是工业基础分类(Industry F,信息的工业标准[13]是描述建筑结构物模型。术的实现BIM技,可交换的数据格式需要一套跨平台。公认度较高的一种数据格式而IFC标准是BIM业界,布1.0版本后自1996年发,地迭代更新多年来不断。dingsmart发布的文档根据IFC的官方组织buil,6月更新到了rc4版本[14]IFC 4.3已于2021年。本仍是2005年颁布的IFC 2X3 TC但目前主流BIM平台软件兼容程度最好的版。开源的文件格式IFC采用了,fcZIP等多种不同的文件格式支持SPF、ifcXML以及i,I编码形式存储并以ASCI,观地读解文件的内容因此用户可以自然直,也比较直观修改与维护。C分类标准依托IF,M模型中在BI,拥有可识别且全局唯一的身份编码每个独立的构件或模型对象都可以,性信息也将完整地记录在模型数据文件中模型对象附带的分类信息以及相关的属。

  前当,型数据管理的应用逐渐成熟随着BIM技术在建筑模,向BIM技术的发展趋势SketchUp平台面,ity Classification)功能嵌入了以IFC为内核的模型实体分类(Ent。ger为代表的IFC分类管理插件同时也出现了以IFC Mana。块提供的属性拓展窗口用户可以利用该管理模,写入SketchUp模型文件中将素材资产的相关信息作为元数据ayx爱游戏体育。asmith的导入操作模型元数据经过Dat,esh)类对象(Actor)的用户定义属性成为虚幻引擎中静态网络(Static M。2005即IFC 2X3 TC中规定的方法进行实体分类SketchUp默认采用ISO/PAS 16739:。兼容性最强的IFC基础分类标准虽然该标准是目前普及度最高、,中出现的一部分与建筑声学测量相关的预定义参数但缺点也比较明显:IFC 2X3 TC标准,cSoundPowerMeasure)以及声压级测量值(IfcSoundPowerMeasure)等例如传感器实体(IfcSensor)、声学测量值(IfcSoundValue)、声功率测量值(If,功能性明确的分类领域内这些参数尚未集成在一个,来面向虚拟仿真环境声景观重建与生成的数据需要导致IFC 2X3的分类体系不能很好地适应未。提供了简单的模型属性拓展尽管SketchUp内部,观素材采集以及更宽泛的声景观调研工作但拓展出的属性不能很好地服务于声景。此因,类规则的基础上有必要在原有分,观调研的对象分类新增适用于声景,模型属性并拓展。ntity Info)模块图4 展示了实体信息(E,一栏显示了由SketchUp2019版提供的默认属性字段其中的高级属性(Advanced Attributes)。

  者的试验根据笔,etchUp拓展插件IFC Manager由建筑师Jan Brouwer开发的Sk,属性的自主定义能够支持拓展。在插件运行后使用方法是,调出其组件属性窗口点击话筒模型实体并,类型的实体的属性就可以手动添加该。研工作启动前在声景观调,话筒模型的原型编辑好各类型的,最初设置好的原型在使用过程中复制,设计好的属性集结构即可完整地保留最初。型的属性均可利用类似的原理进行拓展前文提到的声景观调研所关注的各种类。展的基本方法为演示属性拓,拓展定义了名为Channel_Type和DATE两个属性字段笔者在表示Ambisonics话筒的模型实体AMB_Mic。侧的窗口所示如图5最右,为文本(Text)该属性的单元类型,“可从列表中选择”具体的显示规则为,表的键值选项最后制订了列。使用时实际,义好的属性结构得益于事先定,素材属性的记录工作可以快速开展声景观。

  类模式(Classification Schema)另一种属性拓展的方法是由用户自主定义IFC的模型分。ML Schemas Definition)文件SketchUp所支持的分类模式文件为XSD(X,件格式的预定义它是对XML文。SD编辑环境利用专门的X,件进行优化改造可对XSD文。xy的派生类型拓展、新增实体类型与属性集拓展三类[15]IFC文件分类模式的拓展方法一般分为:基于IfcPro。

  调研的需求面向声景观,术还需要更多篇幅深入讨论IFC分类模式的拓展技,取IFC 2x3 的标准XSD作为原型此处仅演示一种简要的实现方法:笔者选,生实体的方法采用了新增派,IfcSpace的基础上在分类模式原型已有类型,fc_soundspot”拓展出了自定义类型“_i。个属性“File_Name”和“Mic_Type”在该类型增加了表示素材文件名称和录音话筒制式的两,_ifcMicTypeEnum”数据类型分别为字符串和枚举类型“。D文件中在XS,um”的定义需要先于使用它的属性字段枚举类型“_ifcMicTypeEn,式缩写作为枚举类型的可选项本例选取了几种常见的话筒制。的定义语句如下对该枚举类型:

  chema_ex_demo01”新拓展出的XSD文件命名为“S,p的分类模式管理器后导入SketchU,ex_demo01”中选择刚刚拓展的“_ifc_soundspot”类型即可在实体信息窗口的“Type”一栏按照新拓展的分类模式“Schema_。Name”和“Mic_Type”两个属性用户可在插件窗口找到并编辑“File_。此由,数据结构的拓展使用实现了对模型信息。ketchUp中看到的拓展属性编辑窗口XSD的编辑环境以及加载XSD后在S,6所示如图。

  数据结构拓展方法按照笔者介绍的,观调研以及资产管理的中间件SketchUp作为声景,属性的记录与整合工作可以完成声景观资产。

  vit等三维模型工程文件以及IFC、FBX等模型数据格式的导入功能目前虚幻引擎的DataSmith机制已经具备了Sketch、Re,何坐标系和计量单位进行匹配转换在导入过程中会自动对模型的几。测试经过,和采集姿态的导入准确对于素材采集点坐标,声景观重建的要求精度能够满足虚拟。分类信息以及基本属性与模型对象相关的基础,到虚幻引擎中能够准确导入。资产信息后续作为,效地调用各素材采集点所对应的声景观素材资产可以直接在虚幻引擎内依据不同的场景需要高。IFC 2X3分类模式SkechUp原生支持,择模型实体类型后在此分类模式下选,vanced Attribues)就可以写入其他的高级属性数据(Ad。据导出为IFC格式文件用户可以将模型的属性数,th机制转换为元数据依赖于DataSmi,据” (Asset User Data)进而成为虚幻引擎中资产对象的“资产用户数,7所示如图。

  件的数据结构仅包含IFC 2X3版本的标准分类目录及其对应的属性集目前数据交换环节存在的限制在于SketchUp平台导出的IFC文,段及其数值无法成功地嵌入导出的IFC格式文件中而由用户自定义拓展的XSD所携带的自定义属性字,整传递到虚幻引擎中由此导致数据无法完。

  格式转换与导出插件Datasmith Exporter for SketchUp现阶段的适应性解决方案是利用虚幻引擎专门为SketchUp平台开发的模型文件的。擎中的场景存储在“*.udatasmith”格式文件当中该插件的作用是将SketchUp三维模型数据转化为虚幻引,ML文件编辑器打开该格式文件可由X。据(Metadata)的形式存储用户自主定义的拓展属性能够以元数。为独立的Xml元素这些元数据信息作,的尾部(图8)存储在整个文件。的话筒位置相对应与摆放在模型中,独立的身份标识每条元数据拥有。出为Xml文件将这些元素导,擎建模阶段在虚幻引,脚本所提供的各种元数据解析调用模块配合使用蓝图(Blueprint),属性的综合利用即可实现资产。版IFC标准以及用户自定义拓展属性的导出功能SketchUp平台在未来将会不断升级对新,虚幻引擎之间实现高效的数据交换作为中间件的模型数据文件将会与。

  技术融入声景学调研的发展趋势笔者首先分析了近年来虚拟仿真,代表性的研究案例研究了近年具有。资产采集与管理为研究背景以虚拟仿真模型中的声景观,建模的工作流程依据虚拟声景观,间件的适配与优化问题提出了声景观建模中。作为声景观调研与建模的中间件将SketchUp软件平台,集与重建流程中的信息采集与管理目的在于辅助声景观素材快速采,和管理成本节约人员,作效率提高工。台记录声景观资产信息的完整解决方案文章给出了基于SketchUp平,置信息的记录方法初步设计了话筒位,于IFC分类模式的对象属性拓展方法重点探索了SketchUp平台基。

  C数据格式的属性拓展方案笔者初步提出了基于IF,展涉及到的技术细节庞杂但IFC分类模式的拓,大的探索空间仍然具有较,门的文章深入讨论计划未来撰写专。外此,擎平台之间在数据交换环节存在的局限性本文分析了当前资产管理中间件与游戏引,找到了优化改进的方向为后续优化研究工作。此因,戏引擎中声景观重建与生成的实施过程下一阶段的研究将会更深入地结合游,资产信息的管理方法进一步优化声景观。

  析及声景图制作研究[D].浙江大学[2]扈军. 基于GIS的声景分,1520.

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