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即将迎接我们的 3D 音频与虚拟现实(上)

2015-4-23 15:14| 发布者: xchtl| 查看: 4435| 评论: 10|来自: tech2ipo

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摘要: 虚拟现实科技现在非常火热,视觉层面的技术难关一个接着一个的被攻克,但是如果想要彻底实现沉浸式体验,那么同样也要在听觉上实现 3D 效果。听觉上的 3D 效果究竟是怎样的?在看电影,玩游戏的时候,怎样的声音体验才能更加优秀的让我们身临其境?如今这个行业的技术发展究竟到了 ...


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虚拟现实科技现在非常火热,视觉层面的技术难关一个接着一个的被攻克,但是如果想要彻底实现沉浸式体验,那么同样也要在听觉上实现 3D 效果。听觉上的 3D 效果究竟是怎样的?在看电影,玩游戏的时候,怎样的声音体验才能更加优秀的让我们身临其境?如今这个行业的技术发展究竟到了怎样的阶段?本文将统统给你答案。


音频的新技术将彻底改变我们未来玩儿游戏,听音乐,以及看电影的方式。

现在,我无法相信我的耳朵了。我正拿着一个浅灰色的方块在我脑袋跟前前后晃动。我发誓!我晃动的这个小方块里面有声音传出来!而且是一种类似于乐器弹奏出来的音乐,就好像是一个小型喇叭。当我拿着这个小方块逐渐的靠近我的左耳的时候,一种粗糙的小提琴声响瞬间淹没了我的左耳,但是如果我把这个小方块逐渐拿开的时候,这种声响似乎随着距离的拉大逐渐的减弱。

我把这个方块放在我的身后,似乎背后突然出现了一个弦乐四重奏乐团。当我把这个方块拿到我的头顶上的时候,急剧尖锐的弦乐声响使得我的头皮阵阵发麻。但你知道吗?其实这个小方块根本没有发出一点声音。我所听到的声音来自于我的耳机。一旦我把耳机摘下来,一切的幻觉就全都消失了。那个方块就是一个安安静静的普通方块。

我现在的位置就是在马里兰州大学,科技孵化器大厦的一个宽敞的房间里,也是目前拥有 8 个人的科技初创公司 VisiSonics 的办公地址。正是他们所开发的软件彻底摆布了我的大脑,让我无视掉真正的声源,挂在我耳朵上的耳机。那个我所举着的灰色方块其实连接在另外的一个设备上,那个设备可以对我所移动的方块进行空间位置上的跟踪。VisiSonics 的 RealSpace 3D 技术通过跟踪器上所发来的空间信息来处理音乐,让听者觉得这是从方块中发出来的。刚刚我所体验的这个产品其实只是对这个概念的某种展示,说明了软件现在已经从听觉上具备了欺骗你大脑的本领。在这其中,最为让我感到惊讶的是它让我彻底忘记了耳机的存在,一切都是如此的自然而然,神不知鬼不觉!

这也正是 VisiSonics 所期望达到的效果。该公司希望在未来成为各大游戏厂商争相追逐争抢的音频引擎提供商,同样在虚拟现实和增强现实领域的声响部分也能占据主导地位。事实上,它已经朝着这个目标迈进了一大步。Oculus Rift 虚拟现实头戴设备的制造商 Oculus VR 已经在去年的 10 月购买了这一项 RealSpace 3D 技术,并且于近期已经将其整合到了 Oculus 音频软件开发工具套件中了。如今,VisiSonics 还在和其他公司进行谈判。公司的创始人之一,同样也是马里兰大学计算机科学专业的教授 Ramani Duraiswami 就表示:「所谓最为完美的 3D 音频技术,就是在你戴着耳机的时候,完全忘记耳机的存在。」

但是公司的雄心壮志似乎已经超越了游戏以及虚拟现实。他表示:「我们的最终目标是彻底改变人们通过耳机来收听音乐以及一系列音频的方式!」

VisiSonics 打造 3d 效果的主要方式

我们当然能够通过自己的能力来在三维空间里面辨识音乐,即便我们的眼睛是闭着的,我们仍然能够指出来声源是在哪里。我们的大脑在辨认这些声音方面非常在行,耳朵就像是两个各自独立运作的耳机一样。这也意味着我们的大脑是通过多方面的线索来整合声音的信息,比如一个声音在到达我们左耳还有右耳的时间是不同的,这样就能方便大脑辨识这个声音的位置。想要把这种功能搬到喇叭或者耳机上面是一件非常困难的事。

为了制造这种声音的 3D 效果,其中一个办法就是在你的周围布满扩音器,也就是人们常说的环绕立体声,某些影院里面的音响设备也是按照这个来布置的,但是这个法子并不适用于耳机上。如今,移动数字设备的崛起使得我们能够利用耳机玩儿游戏,听音乐和看电影。VisiSonic 的软件就是通过耳机来制造某种 3D 效果。想象一下吧,当你把耳机插上,你的耳朵里响起来的是贝多芬第九交响乐,闭上眼睛仿若置身于一个巨大的歌剧院听着现场演奏,还是最好的位置;又或者是自己在 iPad 上看一部恐怖电影,坏人的脚步似乎就从你的身后跟了上来……

VisiSonics 的首席软件工程师罗德·海克斯顿(Road Haxton) 展示的第一批应用展现出来的惊人的 RealSpace 3D 技术,其实在过去一个多世纪里面,它一直是音响工程师努力攻克的技术难题。在过去大部分时间里,他们往往是模拟出来一个人的头,然后在这个假头的两边耳朵里塞上耳机,然后录制下来音频,希望借此能够真正的还原我们耳朵接收声音的方式。

VisiSonics 找到了另外的方式绕开了使用「模拟人头」的笨方法,通过软件来达到过去一个多世纪人们想要达到的目的。通常来说,如果我们想要确定声源的位置,都是通过转头来仔细区别接收到的声音发生的变化,从这变化中找出声源的位置。理解了这一点,对于能够彻底让人沉浸其中的虚拟现实还有增强现实至关重要,因为在这个环境中,你不仅需要确定声源的具体位置,而且整个环境所带来的音响还会随着你的头移动而不断变换,这种声音和人动作之间的关联会大大加强沉浸式感觉。

这款软件同样还替代了房间在声音传播过程中的作用。一般来说,声音发出之后,它会在房间里面震荡产生回响,也许它很细微你不会注意到。你所听到的不仅仅是最原始的声音,而且还有从墙壁、家具以及房间其他物品上面产生的回响。这些回响震荡对于确定听者以及声源之间的距离非常有帮助,传递出来了一种位于三维空间的感觉。这款软件就能够替代房间对于声音的加工作用,也正因为如此踩会使得音响 3D 变得如此的逼真。Duraiswami 表示:最关键的就是软件复制这些回响的精确度。

Duraiswami 的软件第三个重要的组成部分是在声音进入你耳道之前,模拟出来了从某个特定方向传播过来的声音与你身体的交互方式。声音传递的方向不同,它从人的头部,身体以及嘴唇还有外耳轮廓反射的方式也是有着细微的区别的。科学家将这种效果起了一个名字「Head-related transfer function」(简称为 HRTF,中文即是与头部有关的声音传播方式)如果你真的想要让人感觉声音是从某个特定的方向传播过来,那么你就必须利用 HRTF。

说回到本文开头所做的那次实验,就我的大脑而言,我真的觉得经由 VisiSonics 处理过的声音,那个从我的耳机发出来的声音其实是来自我手里拿着的灰色方块。Duraiswami 表示:「所谓三维音乐,就好比是一个三条腿的凳子,如果一条腿缺失了,那么这个效果就消失了。」

在下一章节,我们将再举出 RealSpace 3D 技术的应用案例,让你尽可能的去体会这项技术的奇妙之处。另外,我们还会追溯历史,告诉你 VisiSonics 这家初创公司成长的历程,它是如何从一个默默无闻的小公司发展成为如今炙手可热,各大公司竞相追逐的目标的。

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