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Audio-only教育游戏中虚拟声定位的研究

作　者: 孙青
导　师: 马青玉
学　校: 南京师范大学
专　业: 教育技术学
关键词: audio-only教育游戏虚拟声源定位数据发声技术 PCA压缩与重建 K-means聚类个性化HRTF 虚拟声耳机重发
分类号: G434
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
引　用: 1次
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内容摘要

随着计算机技术的发展,教育游戏在教学过程中正逐渐发挥其积极作用,它能高度激发学生的学习动机,提高学生的学习兴趣,但是,目前的教育游戏几乎都是基于视觉的游戏,这样就把视障群体排除在外。为了使视障人群也能享受教育游戏带来的乐趣,一些研究小组开发出完全基于听觉的audio-only教育游戏,但相关技术还未发展成熟,游戏本身也未被大众广泛认知。Audio-only游戏中最为关键的就是虚拟声源的准确定位与导航,游戏中的所有操作都需依赖于声音的正确导航,因此本文的研究重点就在于虚拟声源的定位理论及其在audio-only游戏中的实现方法和定位效果。本文的内容主要包括：1.探讨了人耳声源定位的相关理论,包括：ITD、TLD、耳廓效应等对人耳定位的影响、HRTF(头相关传输函数)在人耳定位中的重要作用等。2.介绍了audio-only游戏中虚拟环境的创设,包括创设过程中最关键的数据发声技术和交互技术,详细阐述了数据发声和交互过程的设计方法与相关设置。3.针对虚拟声重发的声像畸变问题,分析了HRTF的个性化匹配所采用的若干种方法,测试并比较各方法对听觉定位的改善效果。4.针对HRTF数据储存量大导致计算复杂度高从而影响游戏实时性的问题,分析了PCA方法的压缩及重建效果,并在PCA压缩的基础上,探讨了基于K-means方法的方位角压缩及其线性内插后的还原效果。5.实现了基于Matlab平台的虚拟静态场景的多声源耳机重发与定位,并测试虚拟声源定位的效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-13
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 虚拟听觉在游戏中的应用现状  9-11
    1.2.2 听觉定位的研究现状  11-12
  1.3 本文的内容组织  12-13
第2章虚拟声源定位与头相关传输函数  13-23
  2.1 人耳定位的听觉特性  13-15
    2.1.1 人耳的听觉特性  13-14
    2.1.2 听觉定位能力  14-15
    2.1.3 外耳和头部对声波的影响  15
  2.2 声源定位理论  15-18
    2.2.1 听觉定位机理  15-17
      2.2.1.1 时间差定位  16
      2.2.1.2 声级差定位  16-17
      2.2.1.3 时间差和声级差共同作用  17
    2.2.2 声源距离定位  17-18
  2.3 头相关传输函数及其特征  18-23
    2.3.1 现有HRTF数据  18-20
    2.3.2 HRTF的个体差异性  20-23
第3章 Audio-only游戏中的声源定位  23-33
  3.1 Audio-only游戏中的虚拟声创设  23-28
    3.1.1 虚拟声创设的概述  23-24
    3.1.2 虚拟声创设的技术手段  24-28
      3.1.2.1 数据发声技术  24-27
      3.1.2.2 交互技术  27-28
  3.2 Audio-only游戏中的虚拟声重发  28-33
    3.2.1 虚拟声的扬声器重放  30-32
    3.2.2 虚拟声的耳机重放  32-33
第4章 HRTF数据处理与定位效果  33-51
  4.1 HRTF的个性化匹配  33-39
    4.1.1 个性化匹配的常用方法  33-35
    4.1.2 个性化HRTF的定位效果  35-39
  4.2 HRTF数据的压缩与重建  39-46
    4.2.1 主分量分析方法的原理  40-41
    4.2.2 主分量分析方法的压缩与重建结果分析  41-43
    4.2.3 方位角的压缩与插值还原  43-46
      4.2.3.1 基于K-means方法的方位角压缩  43-45
      4.2.3.2 线性内插法还原全方位角的HRTF  45-46
  4.3 静态虚拟场景的声源定位效果  46-51
第5章总结  51-52
参考文献  52-55
在读期间发表的学术论文及研究成果  55-56
致谢  56

Audio-only教育游戏中虚拟声定位的研究

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