一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于路径跟踪的声波直边衍射的计算方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法


[0001]本专利技术涉及声学模拟
，尤其涉及一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法
。

技术介绍

[0002]声传播模拟技术在建筑设计和虚拟现实等领域中有广泛的应用
。
在声传播模拟算法中，基于几何声学的方法由于计算效率较高，在实际应用中较为常见
。
几何声学方法对波动方程进行简化近似，假设声波沿直线传播
。
这种简化使得衍射，干涉等现象需要独立处理
。
衍射成分的缺乏使得听者进入物体遮挡的“阴影”区域时，声传播模拟结果会出现明显的不连续现象，与日常声学体验不符，极大降低了模拟结果的真实感
。
[0003]将衍射现象置入几何声学的框架是一件复杂的事情
。
实际工程一般会在使用普通几何声学理论计算出的冲激响应之上，另外叠加一个表示衍射的冲激响应
。
这里表示衍射的冲激响应可使用波动方程算出
。
但在更多的情况下，希望衍射的计算和普通几何方法相近<br/>。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
读取与衍射相关的声学环境状态，所述声学环境状态包括声源与听者位置
、
场景几何描述
、
以及几何体表面的介面特征；
(2)
在场景中随机生成大量衍射路径，所述路径由场景中一系列节点与连接节点的线段构成，路径的起始节点为声源，末尾节点为听者，其余中间节点位于场景中几何体的凸直边上；除各构成路径的节点外，路径的其它部分与场景中的几何体表面不相交；
(3)
计算每一路径的最终贡献，设有路径包含
n+1
个节点，各节点从声源到听者依次编号为
x0到
x
n
，记节点之间线段为
x
i
→
x
i+1
，完整路径为
x0→
x1→…→
x
n
,
则总贡献
f(x0→
x1→…→
x
n
)
计算公式如下：其中，
L0(x0→
x)1为声源特性，
M(x
i
→
x
i+1
)
为
x
i
→
x
i+1
处的声介质特性，
ρ
(x
i
‑1→
x
i
→
x
i+1
)
为
x
i
处直边衍射的径向函数表示；
(4)
将所有路径累加的贡献至冲激响应函数：对于路径
x0→
x1→…→
x
n
，已知其贡献为步骤
(3)
中的
f(x0→
x1→…→
x
n
)
，并记其生成概率为
p(x0→
x1→…→
x
n
)
，传播延迟为
t
S
，则在原有冲激响应函数之上累加其中
δ
(x)
为单位冲激函数；
(5)
输出步骤
(4)
产生的冲激响应函数作为衍射模拟结果
。2.
根据权利要求1所述的一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法，其特征在于，所述步骤
(2)
包括如下子步骤：
(2.1)
初始化路径，使其包含的唯一节点为路径起点；
(2.2)
设当前路径状态为
x0→
x1→…→
x
n
,
从
x
n
出发随机射出一条射线；若
x
n
不是路径起点，则使用与直边衍射径向函数相匹配的采样函数决定射线的出射角度；
(2.3)
记射线与场景几何表面的首个交点为并称其为伪交点；若该点不存在，则求交失败，转到步骤
(2.8)
；
(2.4)
在步骤
(2.3)
中伪交点所在三角面的三条边中随机选择一条；设三角面为
abc
，被选择的边为
ab
，该边所对的顶点为
c
，则用直线连接
c
与并延长，与
ab
交于一点，记为
x
n+1
，称为交点；
(2.5)
若步骤
(2.4)
中的边
ab
不是凸直边，或者线段
x
n
→
x
n+1
在两端点以外的地方与场景几何相交，则求交失败，转到步骤
(2.8)
；否则将交点
x
n+1
作为节点添加至路径
x0→
x1→…→
x
n
末尾，构成新的路径
x0→
x1→…→
x
n+1
；
(2.6)
计算路径
x0→
x1→…→
x
n+1
的生成概率：若已知路径
x0→
x1→…→
x
n
的生成概率为
p(x0→
x1→…→
x
n
)
，则路径
x0→
x1→…→
x
n+1
的生成概率计算方法为其中，为
x
n
处入射路径方向为
x
n
‑1→
x
n
时，生成出射射线方向为的概率，若
n
＝0，则须将这一项替换为射线源出射射线方向为的概率；
为射线与场景几何交于的概率；
p
C
(x
n
→
x
n+1
)
为概率修正项；
(2.7)
若路径长度未满足用户要求，则转到步骤
(2.2)
；
(2.8)
将当前路径作为场景中的衍射路径
。3.
根据权利要求1所述的一种基于路径跟踪的声波直边衍射计算方法，其特征在于，所述步骤
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹春晓，任重，安自立，周昆，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：