游戲中的現(xiàn)代音頻技術(shù)綜述


3D Sound vs Surround Sound

?? 在游戲開發(fā)中，聲音(Sound)的地位并不如圖象那么重要。游戲開發(fā)者們會(huì)發(fā)費(fèi)大部分的時(shí)間來增加3D圖形的新功能和特效；但是，想要說服他們花更多的時(shí)間和金錢,來開發(fā)具有高質(zhì)量音頻效果的游戲可以說是非常的困難。同時(shí)，在硬件方面，玩家們也更樂意購買最新款式的3D圖象加速卡，而對新的聲卡似乎也并不是那么感冒。

??? 然而，隨著顯示卡的發(fā)展正在呈現(xiàn)出頂峰的狀態(tài)，玩家對游戲也表現(xiàn)出越來越挑剔的姿態(tài)，認(rèn)為優(yōu)秀的游戲除了具有賞心閱目的圖象和絢麗的特效外，音效也是不可缺少的，所以現(xiàn)在的形勢似乎有急轉(zhuǎn)的趨勢 - 用戶和開發(fā)者比以往任何時(shí)候都專著于音頻系統(tǒng)的效果。在現(xiàn)代的游戲開發(fā)計(jì)劃中，聲音效果占據(jù)了40 %的預(yù)算，時(shí)間和人力。

??? 音效芯片制造商和3D音效的開發(fā)者們在竭力使用戶和應(yīng)用程序的開發(fā)者們相信：良好的3D音效將是現(xiàn)代多媒體電腦的主要組成部分。

??? 以前的音效是立體的，這是非常模糊的說法；在引如了3D Sound之后，我們?nèi)孢M(jìn)入了多通道音頻效果的新紀(jì)元:4.1,5.1,和7.1通道。

??? 現(xiàn)在讓我們走近3D音效,看它與多通道解決方案的雷同和區(qū)別。

圖1：3D 音效的概念

?? 3D 音效的概念是對聽眾周圍3D空間的音源進(jìn)行精確的定位。在虛擬游戲世界里，每個(gè)能夠發(fā)出聲音的物體都代表了1個(gè)音源。

?? 我們這里以Action發(fā)布的典型第一人稱射擊游戲"Vivisector:Beast Inside"(活體解剖者：人面獸心）為例深入淺出地解釋本文中的問題。上面的圖象里有觀眾和音源，其中有些音源是立體聲的（例如背景音樂；在這個(gè)特別的游戲里，風(fēng)和叢林的沙沙聲都將是主要的環(huán)境（噪）聲）；怪物有8個(gè)音源；玩家的射擊，腳步等作為1個(gè)音源；還有3個(gè)環(huán)境的音源（昆蟲，小鳥等等）。

?? 為了在場景里獲得更加逼真的音效，虛擬世界的3D 音效都被進(jìn)行了深度的處理:模擬或者夸大現(xiàn)實(shí)世界的聲音，這里使用到了各種各樣的音頻處理技術(shù)，例如:混響，反射，閉塞，阻礙物，遠(yuǎn)方傳來的聲音（音源與聽眾的距離）.....等等。

? ?3D 音頻技術(shù):定位

?? 每個(gè)人能夠感知到的聲音都是不同的（這依賴于耳朵的形狀，年齡和心理狀態(tài)），因此在1項(xiàng)3D技術(shù)里關(guān)于不同的聲卡或者處理效果不可能只有1個(gè)質(zhì)量的選項(xiàng)。聲音是否能夠真實(shí)地再現(xiàn)，則主要依賴于聲卡和揚(yáng)聲器，還有游戲中采用的音效處理引擎。

圖2：3D空間

?? 現(xiàn)在讓我們看看3D 音效是如何產(chǎn)生的，我們首先要從2D Panning（定位） 開始講起（目前這項(xiàng)技術(shù)仍然在ID Software 的Doom中被使用）。在這項(xiàng)技術(shù)中，每個(gè)單聲道的音源都被當(dāng)作立體聲來運(yùn)行，并且它們左-右聲道的音量水平能夠互相對調(diào)。這樣雖然系統(tǒng)里沒有垂直的定位，但它還是能夠改變聲音的效果（例如，進(jìn)行高頻的過濾），所以當(dāng)聲音從聽眾后面發(fā)出來的時(shí)候，他能夠聽到壓抑的聲音。

??? 現(xiàn)在硬件已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)這種效果了。聲卡能夠使用HRTF（頭部相關(guān)傳輸函數(shù)）技術(shù)在兩個(gè)揚(yáng)聲器或者耳機(jī)中模擬音源的位置；通過過濾或者其它轉(zhuǎn)換來模擬人類的聽覺。??

??? HRTF（頭部相關(guān)傳輸函數(shù)）- 使用兩個(gè)耳朵決定音源在空間位置中傳輸?shù)暮瘮?shù)。在聲音的傳遞過程中，我們的頭和身體實(shí)際成了改變聲音的障礙物，我們的耳朵藏在音源的后面，能夠感知到聲音信號(hào)的改變；接著聲音信號(hào)會(huì)進(jìn)入我們的腦子，并被解碼來決定音源在空間中正確的位置。

圖3：HRTF（頭部相關(guān)傳輸函數(shù)）

??? 在上圖的你可以看到從左耳到右耳各有不同的3個(gè)HRTF(頭部相關(guān)傳輸函數(shù))：音源定位，135度數(shù)和36度數(shù)。而這些數(shù)據(jù)的所有處理過程基本上都是一致的，通常的做法是在特殊的耳麥下使用特殊的方法把這些數(shù)據(jù)記錄起來。Sensaura ,在平滑的法則下(（例如，在2500 Hz的峰值，和5000 Hz的低谷下使用間隔)利用人工合成HRTF，而其它的公司通常都使用平均的HRTF。

??? 上面的HRTF系統(tǒng)由兩個(gè)FIR 濾鏡組成，而HRTF就是它們的傳輸函數(shù)。既然HRTF具有智能，那么我們儲(chǔ)存容量巨大的HRTF似乎就顯得浪費(fèi)了，因?yàn)檎鎸?shí)音源的定位能夠通過HRTF插補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)。?

? ? 逐漸沒落的HRTF

1. 聲音會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的扭曲

2. 處理的進(jìn)程非常慢

3. 如果音源是固定的，那么它們的位置將不能夠精確地定位， 因?yàn)槿说哪X子需要移動(dòng)的音源（音源的移動(dòng)或者在聽眾腦海的移動(dòng)）才能夠知道音源在幾何空間的精確定位。

?? 人們突然其來地向音源轉(zhuǎn)過頭去，這是常有的事情；而就在頭轉(zhuǎn)過去的一瞬間，腦海里就能夠知道聲音在空間的確切位置。在前后的HRTF函數(shù)之間，如果音源沒有產(chǎn)生特殊的頻率，那么腦海就會(huì)忽略這樣的聲音；相反，它會(huì)把這樣的數(shù)據(jù)與記憶中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并定位音源在空間中的位置。

? 4. 耳機(jī)能夠獲得最理想的音頻效果。耳機(jī)能夠很好地解決把聲音的信號(hào)從1個(gè)耳朵輸送另外1個(gè)耳朵的問題。然而，大部分人并不是很喜歡耳機(jī)，即使是無線的型號(hào)。

?? 此外，玩家?guī)隙鷻C(jī)之后，會(huì)使聲音聽起來更近一點(diǎn)，這個(gè)問題還有待解決。

圖4:最佳聽音位置和串話干擾

?? 音響學(xué)的發(fā)展可以避免耳機(jī)出現(xiàn)的這些問題，然而新的難題又出現(xiàn)了：首先，不明確怎么使用揚(yáng)聲器生成立體聲的聲音。例如,在HRTF傳輸之后，怎么讓聲音信號(hào)的一部分在兩個(gè)耳朵之間互相輸送呢？當(dāng)我們使用揚(yáng)聲器而不是耳機(jī)之后，兩個(gè)耳朵就會(huì)獲得相同的聲音，這里解決該問題的辦法就是串話干擾（crosstalk cancellation (CC)）。

? 在最佳聽音位置(sweet spots)聽眾能夠理想地聽到所有的3D音頻效果，而在其它的區(qū)域聲音會(huì)發(fā)生失真。這樣我們在傾聽聲音的時(shí)候就就需要選擇正確的位置。對于一對音箱來說，有一個(gè)平衡、聲帶、細(xì)節(jié)、立體感最好的聽音位置，稱作Sweet Spot。錄音和制作的時(shí)候始終在這一點(diǎn)對監(jiān)聽具有重要的意義。Sweet Spot通常位于一對立體聲音箱中間，前方數(shù)英尺的地方。許多專家認(rèn)為從高音頭的上方到聽音者的鼻尖構(gòu)成一個(gè)虛幻的等邊三角形，就是Sweet Spot的所在。因?yàn)槭艿皆S多客觀條件的影響，這個(gè)位置可能有一些偏移，例如調(diào)音臺(tái)面板的反射就會(huì)有影響，音箱的差異也會(huì)影響到Sweet Spot，一些音箱具有較寬大的最佳位置。準(zhǔn)確的實(shí)際位置通常要經(jīng)過連續(xù)的試聽和調(diào)整來確定。Sweet Spot的范圍越廣闊，效果就越佳，這也是為什么開發(fā)者們在努力尋找能夠擴(kuò)展Sweet Spot覆蓋范圍的方法。

圖5:多揚(yáng)聲器的配置

? 在多揚(yáng)聲器系統(tǒng)(4.1,5.1)里，聲音從聽眾周圍的揚(yáng)聲器里分布式的傳出來；聲音從不同的揚(yáng)聲器系統(tǒng)里傳出來，聽眾就能夠定位音源的所在了。

? 在規(guī)則來說，使用Panning就足夠了，i.e.所有的揚(yáng)聲器同步地播放數(shù)個(gè)流（根據(jù)揚(yáng)聲器的數(shù)量），但是卻在不同的音量水平 - 因此效果就產(chǎn)生了。例如,杜比數(shù)字(Dolby Digital)在5.1和7.1配置分別利用6和8個(gè)音頻流。

?? Sensaura MultiDrive, Creative（創(chuàng)新） CMSS（Creative 創(chuàng)新多音箱環(huán)繞）技術(shù)，能夠使用4個(gè)或者更多的揚(yáng)聲器重現(xiàn)使用HRTF 函數(shù)的聲音。

?? Sensaura MultiDrive3D音效技術(shù)基本上都必須至少透過4聲道以上喇叭來表現(xiàn)3D音效的定位臨場感，而每一只喇叭所輸出的音效內(nèi)容都是不一樣的。Creative 多音箱環(huán)繞（CMSS）技術(shù)可將任意的單聲道或立體聲音源處理為 360 度的音效。

? ? 揚(yáng)聲器的每部分有前后兩個(gè)半球。既然聲場是基于HRTF函數(shù)，那么sweet spot允許聽眾每邊的音源和前后軸的音源定位具有最佳的感知覺。隨著覆蓋角落的拓寬，Sweet Spot的空間也會(huì)變得足夠大。

?? 沒有串話干擾(crosstalk cancellation (CC))，音源的定位是不可能的。既然HRTF在MultiDrive技術(shù)上主要是用于4個(gè)以上的揚(yáng)聲器，那么在所有的4個(gè)揚(yáng)聲器上應(yīng)用CC運(yùn)算法則就顯得非常必要了，但這需要音頻處理芯片有非常強(qiáng)大的計(jì)算能力。

?? 在使用了HRTF之后，后置的揚(yáng)聲器也能夠如前置的揚(yáng)聲器般獲得精確的定位。前置的揚(yáng)聲器通常放在顯示器的附近，重低音的單元?jiǎng)t可以放在中心的地板上，而后置的揚(yáng)聲器可以放在聽眾喜歡的任何地方，但我相信沒有人會(huì)把它放在身后吧。

?? 要記住，HRTF和CC用在4個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)需要非常強(qiáng)大的計(jì)算能力，所以廠家們想出了很多的應(yīng)對方法。例如傲銳（Aureal，已經(jīng)被創(chuàng)新給收購了）在后置揚(yáng)聲器上使用了Panning算法，因?yàn)閷笾脫P(yáng)聲器的定位并沒有那么嚴(yán)格。

?? NVIDIA在3D 音響上使用了Dolby Digital 5.1。在定位的時(shí)候，整個(gè)音頻流會(huì)解碼為AC-3格式，接著會(huì)以數(shù)字的格式輸送到外部的解碼器(例如，家庭影院)。

?? 最小/大 距離，空氣效果,Macro FX(Min/Max Distance, Air Effects, Macro FX)

圖6:距離模式

??? 聲音引擎的主要特點(diǎn)之一就是它的距離效果，音源的距離越遠(yuǎn)，聲音就顯得越安靜。其中采取最簡單的辦法是在遠(yuǎn)距離的時(shí)候降低音量級(jí)；在聲音開始淡出的時(shí)候，聲音效果的設(shè)計(jì)師必須分配給它一個(gè)最少的距離。當(dāng)聲音在該距離范圍之內(nèi)，它僅改變方位；每當(dāng)他穿越1米的距離，聲音的強(qiáng)度將降低6 dB。在最遠(yuǎn)的距離之前，聲音會(huì)一直減弱，而在最后聲音會(huì)因?yàn)榫嚯x太遠(yuǎn)而聽不見。在聲音接近1個(gè)音量級(jí)的時(shí)候，引擎會(huì)把聲音關(guān)掉以釋放資源。最大的距離越遠(yuǎn)，聽到聲音的消逝也會(huì)越持久。

??? 在大多數(shù)情況下，音量級(jí)是有對數(shù)相關(guān)性的。設(shè)計(jì)師能夠鑒別較大的聲音和安靜的聲音，音源也可以被區(qū)分為最小和最大的距離。例如，蚊子的聲音在50cm之外就聽不見了，而飛機(jī)引擎的聲音在幾公里之外還是能夠清晰的聽見。

???? A3D EAX HF Rolloff

??? A3D API 通過模塊化高頻率的衰減開擴(kuò)展DirectSound3D的距離 - 與真實(shí)世界的相同，高頻部分會(huì)依據(jù)相應(yīng)的法則被大氣吸收 - 每米大概0.05dB（選擇的頻率:默認(rèn)為5000 Hz)。但在迷霧的天氣，空因?yàn)闅鈺?huì)更加厚，高頻的衰減就會(huì)更加快。EAX3 允許處理低階的模塊化空氣效果：這里分配了兩個(gè)參考頻率 - 低頻和高頻，它們的效果要依據(jù)環(huán)境的參數(shù)。

???? MacroFX

??? 大部分HRTF的測量都是在遠(yuǎn)聲場里執(zhí)行的，這樣能夠簡化計(jì)算，但如果音源是在1米之內(nèi)（在附近的區(qū)域），HRTF將不能夠充分地工作。這時(shí)候就出現(xiàn)了 MacroFX，MacroFX 技術(shù)是用于重現(xiàn)接近區(qū)域發(fā)出的聲音。MacroFX 算法適用于在接近區(qū)域的聲音，而聲音被定位為與聽眾似乎非常近，好象聲音是從揚(yáng)聲器向聽眾傳去，甚至穿透他/她的耳朵。效果基于在聽眾周圍所有空間聲波傳輸?shù)木_模塊化，數(shù)據(jù)的傳輸使用了高效率的算法。

??? 該算法整合到了Sensaura引擎，并且在DirectSound3D 操控之下，i.e. 它對應(yīng)用程序的開發(fā)者是透明的，能夠利用它開發(fā)出大量新的特效。

?? 例如，在飛行模擬程序中，作為飛行員的聽眾能夠聽到空中交通控制員的對話，就像他戴了耳機(jī)一樣。

??? 多普勒，大型音源效果（ZOOM FX)，多聽眾(Doppler, Volumetric Sound Sources (ZOOM FX),? Multiple Listeners)

?? 多普勒效應(yīng)（Doppler effect）：傳輸系統(tǒng)中因源與觀察點(diǎn)間的有效傳播距離，會(huì)隨時(shí)間的改變，而引起觀察到的波頻率有所改變的現(xiàn)象。賽車或者飛行游戲?qū)⒛軌驈?Doppler effect 獲益良多，而在射擊中，它能夠用在喧鬧，激光或者等離子射擊時(shí)候的聲音效果，i.e.任何移動(dòng)非常快的目標(biāo)。

??? 大型音源效果

?? 大型音源（volumetric sources）效果讓設(shè)計(jì)師們可以創(chuàng)造出大型的發(fā)聲源，你可以這么想：一個(gè)人在跑步、或是一把小型武器開火的聲音都算是非常小的聲源；但如果是一群正在歡呼的人，一臺(tái)巨大的發(fā)電機(jī)，或是一條往來頻繁的高速道路，他們所發(fā)出的聲音都是屬與大范圍的區(qū)域。更大和合成的音源與最佳音源相比能夠獲得更加逼真的效果。

?? 最佳音源能夠很好地應(yīng)用到寬大但是卻在遠(yuǎn)方的物體，例如，移動(dòng)的汽車。在現(xiàn)實(shí)生活中，當(dāng)汽車接近的時(shí)候，聽眾的位置將不會(huì)再是最佳的音源位置。然而， DS3D模式的算法會(huì)認(rèn)為它是最佳的音源，圖畫就沒有那么逼真（i.e.它看起來像是1輛小的火車在接近而非是巨大的火車）。

?? Aureal 首個(gè)在它的A3D API 3.0里應(yīng)用到了大型音源；接著是Sensaura 在它的ZoomFX加入了對大型音源的支持。ZoomFX技術(shù)把幾個(gè)音源定義為一塊很大的對象（假設(shè)火車合成的音源能夠由車輪，引擎，耦合的車廂等組成）。

??

圖8：多聽眾

??? 多聽眾(Multiple Listeners) 是供游戲控制臺(tái)(PlayStation 2,Xbox,GameCube)支持兩個(gè)或更多玩家使用的新技術(shù)。例如在TV控制器的PS2游戲"GT賽車3"(Polyphony Digital Inc.)能夠支持多個(gè)玩家，兩個(gè)玩家都是在不同的電腦和游戲中的不同區(qū)域；因此，他們必須僅聽到圍繞在附近的聲音。無疑，他們能夠聽到互相發(fā)出的聲音，但這項(xiàng)技術(shù)簡化了實(shí)現(xiàn)過程。不幸的是，目前還沒有任何的硬件API支持多聽眾。這項(xiàng)技術(shù)也僅是使用在商業(yè)的聲音API - FMOD中。等一下我們會(huì)說明它的細(xì)節(jié)。

3D 音響技術(shù):聲波追蹤 VS 纏繞(wavetracing vs reverb)

圖9：多種音效技術(shù)

??? 在1997-1998年，每個(gè)芯片制造商都加大力度開發(fā)它們認(rèn)為有前途的音頻技術(shù)。Aureal，當(dāng)時(shí)業(yè)界的領(lǐng)先者，將賭注放在極限真實(shí)的游戲上，它采用的技術(shù)為"聲波追蹤"(Wavetracing)。Creative 則認(rèn)為使用纏繞的預(yù)前運(yùn)算會(huì)更有更好的效果，于是它便開發(fā)了EAX。Creative 在1997年收購了Ensoniq / EMU:專門研究開發(fā)和制造音效芯片的公司 - 這也是為什么它在當(dāng)時(shí)擁有纏繞技術(shù)的原因。Sensaura 出現(xiàn)在市場的時(shí)候，它使用了EAX作為基礎(chǔ)，命名為EnvironmentFX版本的技術(shù)實(shí)際上就是:MultiDrive, ZoomFX 和MacroFX。NVIDIA是最遲進(jìn)入該領(lǐng)域的廠家 - 它為3D 聲音的定位實(shí)現(xiàn)了唯一的真實(shí)的Dolby Digital 5.1解碼。

?? 聲波追蹤 (Wavetracing)

圖10：聲音路徑/聲波追蹤

?? 為了把音效完全融合到游戲里面，必須要計(jì)算出聲環(huán)境和它與音源的交互作用。隨著聲音的傳播，聲波與環(huán)境具有干涉的作用。聲波能夠以幾種不同的途徑傳輸?shù)铰牨姷亩?

• 直接通道(direct path)

• 1st 次序反射（1st order reflection）

• 2nd 次序或者晚期反射(2nd order or late reflection)

• 封閉（occlusion)

? Aureal 的聲波追蹤算法通過分析3D空間的幾何描述，然后決定聲波在實(shí)時(shí)模式傳輸?shù)姆椒ǎ又鼈儠?huì)被反射，抑或通過3D環(huán)境的無源物體。

? 幾何引擎在A3D的接口程序來說是非常獨(dú)特的機(jī)制，它能夠模塊化聲音的反射和穿越障礙物。它從幾何的水平上來處理數(shù)據(jù):線，三角形和四邊形（聲頻幾何）。?

?? 聲頻多邊形有它自己的位置，大小，形狀和制造材料的屬性。它的形狀位置與音源緊密相關(guān)，聽眾能夠感覺到每個(gè)獨(dú)立的聲音是被反射、穿越或者圍繞著多邊形。材料的屬性則能夠決定傳輸?shù)穆曇袈暿潜徽麄€(gè)吸收或者被反射了。

?? 圖象幾何結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫能夠通過轉(zhuǎn)換器，在游戲水平被裝載的時(shí)候把所有的圖形多邊轉(zhuǎn)換為聲頻多邊形。? 全局反射或者封閉的值可以通過設(shè)置參數(shù)進(jìn)行修改。另外，它還可以在高級(jí)模式處理多邊型轉(zhuǎn)換算法，和以獨(dú)立的卡文件形式把音頻幾何數(shù)據(jù)庫給儲(chǔ)存起來，然后在游戲裝載的時(shí)候進(jìn)行文件的交換。

?? 最后，聲音就能夠獲得更加正式的效果：混合的3D聲音，經(jīng)過聲學(xué)設(shè)計(jì)的房間和環(huán)境，聲音信號(hào)能夠在聽眾的耳朵里精確再現(xiàn)。Aureal實(shí)現(xiàn)的環(huán)境模式并不是太理想，即使是Creative 最新版本的EAX也是如此。

?? 無論如何“聲波追蹤”技術(shù)所分配的用于計(jì)算反射的硬件流是非常有限的。這就是為什么說獲得真實(shí)的聲音效果還有很長的路要走。例如，目前它對遲反射的處理能力不足，就更不要說圖形化聲音的處理了。另外，聲波追蹤技術(shù)不夠敏捷；并且實(shí)現(xiàn)的時(shí)候需要巨大的資源開支。這也是為什么你不能夠?qū)AX技術(shù)的紋理渲染置之不理了。3D圖形目前還沒有使用到基于光線追蹤方法來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的渲染。

?? ?封閉

?? ?現(xiàn)在讓我們來研究封閉效果。在原理上來說，它可以通過調(diào)低音量來實(shí)現(xiàn)，但更加實(shí)際的實(shí)現(xiàn)辦法是使用低通過(low-pass)的過濾。

圖11：封閉

? 在大部分情況下，1種類型的封閉（occlusion)就已經(jīng)足夠了 - 音源被定位為在看不見的障礙物后面。直接通路被遮擋住了，過濾的度數(shù)要依據(jù)幾何的參數(shù)（厚度）和墻壁的制造材料。既然音源和和聽眾之間沒有直接的接觸，音源的回波也根據(jù)同樣的原則被壓抑了。

?

圖12：障礙

?? Creative的API開發(fā)者使用了更加可行的概念，使用意味著直接通路被包住的障礙物 - 和聽眾沒有直接的接觸，但源和聽眾是在相同的房間內(nèi)；接著，反射會(huì)以相同的形式傳輸?shù)铰牨姷亩铩?/p>

??

圖12：排斥

?? 使用得最多的是排斥。源和聽眾在不同的房間，但他們有直接的接觸，直接的聲音可以傳到聽眾，但反射的聲音會(huì)發(fā)生失真（依據(jù)材料的厚度，形狀和屬性）。

??? 總之，無論效果怎么的真實(shí)（使用Aureal A3D，Creative Labs EAX 或者手動(dòng)選擇你自己的音擎），都必須跟蹤幾何（完全或者部分聲音）以找出是否與音源有直接的接觸。這對性能有莫大的關(guān)聯(lián)，這也是為什么在大多數(shù)情況下要為聲音搭建最簡單的幾何空間（為了能夠獲得更加逼真的效果，特別是射擊，3D RPG或者其它類似的游戲）。幸運(yùn)的是，該類型的幾何通常要經(jīng)過處理，以找出碰撞 - 為了不在玩家的房間內(nèi)跟蹤整個(gè)路徑。這就是為什么我們能夠使用相同的幾何結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)出更多的聲音細(xì)節(jié)。

??? 環(huán)境漸變（Environments morphing）

圖13:環(huán)境漸變

?? Creative Lab的另外一個(gè)解決辦法是在2001年發(fā)布的EAX3。這是一個(gè)環(huán)境到另外一個(gè)環(huán)境的逐步轉(zhuǎn)換參數(shù)的算法。上面的圖片論證了兩個(gè)效果的實(shí)現(xiàn)。

• 首先進(jìn)行的是位置轉(zhuǎn)換:混響（reverb）參數(shù)會(huì)根據(jù)玩家在兩個(gè)環(huán)境位置的絕對不同參數(shù)而逐漸地改變（在該情況下，戶外的空間和戶內(nèi)的空間隔著金屬的墻）。隨著玩家與戶外的更加臨近，戶外的回響參數(shù)就能夠工作得更加有效率，反之亦然。

• 接下來的類型是極限變化:當(dāng)玩家穿越邊界(BORDER)=1的區(qū)域，參數(shù)會(huì)自動(dòng)地進(jìn)行改變。

??? 環(huán)境漸變是與回響相關(guān)的最重要函數(shù)。但是目前在對已經(jīng)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行修改的時(shí)候會(huì)有點(diǎn)問題。即使沒有使用到逐漸過渡，你也能夠通過設(shè)置漸變因素等于 0.5而使用這些函數(shù)形成一定的平均環(huán)境（例如，我們在戶外的石頭走廊），這樣我們就能夠得到不同聲場的平均效果。

??? 在環(huán)境漸變被開發(fā)出來之前，游戲（例如游戲"食肉動(dòng)物2"/Carnivores 2)的效果并不能夠通過使用不同的參數(shù)進(jìn)行逐漸地（它們在EAX1和EAX2已經(jīng)預(yù)先設(shè)定好了）改變。中間的環(huán)境有25個(gè)預(yù)先設(shè)定的變量組成。例如，有巖洞漸變到山谷的設(shè)定；而在聽的過程中會(huì)選擇石走廊作為中間的參數(shù)。現(xiàn)在有了環(huán)境漸變，你就可以避免很多紛繁復(fù)雜的處理工作了。

接口程序和API(Interfaces 和 API)

??

圖14：各種流行的API技術(shù)

??? 現(xiàn)在讓我們討論音頻引擎中API編程的應(yīng)用。可供選擇的選項(xiàng)并不多：Windows Multimedia, Direct Sound, OpenAL, Aureal A3D。

??? 不幸的是，Aureal A3D 的驅(qū)動(dòng)仍舊臭蟲(bug)連篇，在目前最流行的Windows 2000和XP操作系統(tǒng)，它工作效率的穩(wěn)定性仍然非常差。

?? 視窗媒體系統(tǒng)(Windows Multimedia system)是從早期的Windows 3.1繼承而來的最基本的聲音再現(xiàn)系統(tǒng)。它較大的緩沖會(huì)造成比較大的延遲，所以在游戲中很少有應(yīng)用；但是，某些準(zhǔn)職業(yè)聲卡使用的WinMM為WDM驅(qū)動(dòng)作了特別的優(yōu)化。?

?? OpenAL是Loki Entertaiment公司的跨平臺(tái)API解決方案，與OpenGL類似。它被Creative推動(dòng)作為Direct Sound可供選擇之一。該主意是很好的，但現(xiàn)實(shí)卻是殘酷的，因?yàn)樗男Ч容^差。此外，Loki Entertaiment在最近已經(jīng)宣布了破產(chǎn)。我們希望新的可供選擇的聲音API盡快出現(xiàn)，因?yàn)镺penAL對程序員們來說是簡直就是惡夢。然而， NVIDIA在最近發(fā)布了它nForce 芯片組里支持的OpenAL硬件驅(qū)動(dòng)，效果讓人好到不相信。

?? Direct Sound 和 Direct Sound 3D 是目前最優(yōu)秀的API。它們現(xiàn)在還沒有勢均力敵的對手，它有點(diǎn)自命不凡；畢竟，它能夠在沒有任何輔助的前提下，能夠真實(shí)地重現(xiàn)聲音的效果。

?? 這些硬件API（擁有硬件驅(qū)動(dòng)程序的API，而非通過DirectSound或者WinMM來模擬聲音的再現(xiàn)），它們被稱為包裝（使用準(zhǔn)備好的軟-硬接口程序，來創(chuàng)建它們自己的應(yīng)用程序接口）。

?? 作為規(guī)則，每個(gè)游戲都有它自己打包好的應(yīng)用程序接口。目前有很多這類型的API組件包(它們沒有真正的硬件支持）:Miles Sound System, RenderWare Audio, GameCoda, FMOD, Galaxy, BASS, SEAL。

?? MilesSS是其中最著名之一 - 2700種游戲完全使用了該組件包。 它獲得了Intel RSX技術(shù)的許可，現(xiàn)在能夠作為軟件3D Sound的可選選項(xiàng)擇之一。該技術(shù)有很多可供選擇的功能，但這不足以彌補(bǔ)它的缺陷：它僅能夠應(yīng)用在Win32和Mac平臺(tái)，并且需要極昂貴的授權(quán)費(fèi)用。

?? Galaxy Audio原被開發(fā)為用于虛幻，現(xiàn)在它使用在所有基于虛幻引擎的游戲上；但Unreal 2卻是基于OpenAL，這就是為什么我們可以認(rèn)為Galaxy已經(jīng)死了的原因。

??? Game coda和RenderWare Audio 分別來自Sensaura 和Renderware，它們具有幾乎相同的大小，都支持PC,PS2，GameCube,XBOX還有其它很多的特性，但它的授權(quán)費(fèi)用也是非常的昂貴。

?? FMOD，最近引入的技術(shù)，它具有廣泛的功能選擇和對API技術(shù)的完美支持，它占據(jù)了目前的領(lǐng)導(dǎo)地位。

?? EAX(環(huán)境音效果擴(kuò)展）

?? EAX全名為Environmental Audio Extension，這是創(chuàng)新公司在推出SB Live聲卡時(shí)所推出的API插槽標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對一些特定環(huán)境，如音樂廳、走廊、房間、洞窟等，作成聲音效果器，當(dāng)電腦需要特殊音效時(shí)，可以透過 DirectX和驅(qū)動(dòng)程序讓聲卡處理，可以展現(xiàn)出不同聲音在不同環(huán)境下的反應(yīng)，并且通過多件式音箱的方式，達(dá)到立體的聲音效果。EAX在剛推出時(shí)為1.0 版，目前是4.0版，目前許多游戲都支持此項(xiàng)規(guī)格。

? EAX Advanced HD ?(高品質(zhì)音頻及3D音頻技術(shù))

?? 在2001年，Creative宣布了Audigy聲卡和新的稱為EAX Advanced HD的EAX函數(shù)。它包括聽眾可以精確進(jìn)行調(diào)整的25個(gè)參數(shù)和18個(gè)用于源的參數(shù)（其中兩個(gè)用于新的封閉效果）。

?

圖15：EAX Advanced HD 模式

。

?? ● 用戶可選的設(shè)置，可針對耳機(jī)、2、4 或 5.1 音箱系統(tǒng)及外接A/V功放系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化
?? ● Dolby 數(shù)碼音頻解碼以模擬或數(shù)字模式輸出至5.1音箱
?? ● 可升級(jí)的 3D 音頻架構(gòu)
?? ● 游戲中硬件加速EAX ADVANCED HD?
?? ● Creative 多音箱環(huán)繞 （CMSS） 技術(shù)可將任意的單聲道或立體聲音源處理為 360 度的音效?
?? ● EAX預(yù)置效果-用戶可選、模擬聲學(xué)環(huán)境的 DSP 模式
?? ● 高級(jí)的時(shí)間縮放技術(shù)在不改變聲音頻率的情況下調(diào)節(jié)曲目播放的速度
?? ● 音頻去噪功能去除錄音磁帶的背景噪聲及CD光盤爆音

圖16：

?? ?這些效果并不是典型的真實(shí)效果。它們用于創(chuàng)建情緒的波動(dòng)，例如，如果你感到暈眩，興奮等等。我們還有可以調(diào)制的深度(0....1)和調(diào)制的時(shí)間(0.4....4秒）。

????? EAX4 (EAX Advanced HD 版本4)

?? 2003年3月，Creative 發(fā)布了EAX Advanced HD 版本 4，預(yù)計(jì)將在4月份底或者5月初開始開始正式提供。可惜的是，Creative 并沒有對它的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的描述。EAX3與EAX4的區(qū)別也只是概念上的。

?? EAX Advanced HD 版本4具有以下的新元素:

• 工作室質(zhì)量效果(Studio quality effects?)

• 多效果插槽(Multiple effect slots)?

• 多環(huán)境和區(qū)域效果(Multiple Environments and Zoned effects)

? 工作室質(zhì)量效果

?? EAX4 提供11種工作室質(zhì)量效果。你能夠在2D和3D源中選擇以下的效果。

• AGC Compressor（壓縮） -? 自動(dòng)調(diào)節(jié)音源音量的水平

• Auto-Wah - 自動(dòng)調(diào)節(jié)Wah pedal的版本

• Chorus（和音） - 使單個(gè)樂器能夠發(fā)出多個(gè)樂器的聲音

• Distortion （失真）- 模擬“過度”，結(jié)它放大器

• Echo - 帶入運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)展源的音頻空間

• Equalizer（均衡器） - 4-波段均衡器

• Flanger - 產(chǎn)生呼嘯的效果

• Frequency Shifter（移頻器）：用于輸入信號(hào)

• Vocal Morpher（聲音元素）?

• Pitch Shifter （定調(diào)移位）

• Ring Modulator （環(huán)形調(diào)制器）

• Environment Reverb - EAX的基本組件

?? 多效果插槽

?? 你可以加入多種的效果。例如，你能夠同時(shí)聽到幾個(gè)環(huán)境的聲音，或者增加失真到環(huán)境的漸變效果。

??

圖17：EAX Advanced HD v3的特定情節(jié)

? 在EAX4中，每個(gè)源和聽眾都有它們自己的環(huán)境;從源傳過來的聲音在它自己和聽眾的環(huán)境都在擴(kuò)散；封閉，障礙和排斥同時(shí)在源和聽眾上應(yīng)用。因此我們能夠獲得環(huán)境和聽眾之間聲音的互相干擾作用。

?? 區(qū)域效果

??? 區(qū)域的概念與房間或者環(huán)境的非常類似。

?? 區(qū)域效果是我們最理想的技術(shù)，但是它的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用要遠(yuǎn)比理論困難。目前面臨的主要困難是，要找出源的位置，修正裝載每個(gè)源的最近區(qū)域和跟蹤每個(gè)源的擴(kuò)散、封閉、障礙參數(shù)。當(dāng)然，我們并不需要使用EAX4提供的所有效果；我們僅需要使用現(xiàn)實(shí)工作中需要的效果就可以了。