通過計算快速移動和振動表面(例如鈸)所產生的壓力波，斯坦福研究人員開發的全息聲音合成系統可以自動為計算機動畫渲染逼真的聲音。

計算機生成圖像的進步帶來了生動逼真的動畫，但與之相關的聲音通常只是錄音。現在，斯坦福大學的研究人員開發出了一種新系統，可以自動為各種動畫現象提供準確的聲音。

斯坦福大學計算機科學系的道格·詹姆斯(Doug James)教授說道：“計算為人類模擬現實的過程中存在一個圣杯。我們可以用物理和計算機圖形為場景制作動畫。但對于聲音，它們通常都是編造而成。目前無法為復雜的動畫內容生成逼真的同步聲音，比如說自動濺水或碰撞物體。這(新系統)填補了空白。”

研究人員將在ACM SIGGRAPH 2018大會介紹這個聲音合成系統。研究人員表示，除了電影和虛擬現實世界外，這個系統還可以幫助工程公司在物理生產之前對產品的聲音進行原型設計，并希望能夠鼓勵更安靜，更少刺激的設計。

計算與數學工程研究所(ICME)的研究生Jui-Hsien Wang說道：“我花了數年時間試圖解開偏微分方程，這是控制聲音傳播的方式。這對我來說真的很令人興奮，而且很有趣。”

1. 預測聲音

通過幾何和物理運動，系統可以計算出每個對象的振動，以及如何像揚聲器那樣通過振動來激發聲波。它計算由快速移動和振動表面拋出的壓力波，但不會復制室內聲學。因此，盡管不能在宏偉的大教堂中重現回聲，但它可以應對各種情況下的詳細聲音，例如鈸相撞，顛倒的碗旋轉到停止，杯子填滿水，或虛擬人物用擴音器說話。

與動畫相關的大多數聲音都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。片段同時受限于存在的噪音，它們無法預測任何新的東西。能夠產生和預測聲音的其他系統僅支持特殊情況，或者假設幾何體不會出現太多變形。對于每個單獨的對象，它們同時需要很長的預計算階段。

論文共同作者Ante Qu說道：“我們基本上只是一個渲染按鈕，具有最少的預處理功能，在一次聲波模擬中將所有對象放在一起。”

由此方法產生的模擬聲音非常詳細。它考慮了動畫中每個對象產生的聲波，但也預測了這些聲波如何根據它們與場景中其他對象和聲波的相互作用而彎曲，反彈或減弱。

2. 挑戰

在目前的形態中，小組的流程需要一段時間來創建成品。但是，現在他們已經證明了這種技術的潛力，他們可以專注于性能優化，例如在并行GPU硬件上實現他們的方法，而這應該會提高其速度。

然而，即便是在當前的形態下，這一切都值得我們的等待和期待。詹姆斯說道：“我們用系統生成的第一個水聲是我們模擬過的最好水聲之一，而水是計算機生成聲音方面的巨大挑戰。我們認為我們可能會有一些改進，但它已經比以前的方法要好得多，甚至是開箱即用。這真的非常令人震撼。”

雖然該小組的研究能夠忠實地呈現各種對象的旋轉，摔倒和撞擊聲，但仍難以逼真地模擬更復雜的對象和相互作用，如斯特拉迪瓦里小提琴的回響音。這個研究小組表示，他們將不得不等待未來的解決方案。

來源：yivian