Sala de espectáculos virtual

Abstract

O trabalho apresentado nesta tese tem como objectivo a auralização em ambientes virtuais. Para esse efeito foi desenvolvida a biblioteca 3DLIB que permite gerar som 3D em tempo real num ambiente simples baseado em óculos de realidade virtual (Head Mounted Display - HMD), auscultadores e um sensor de detecção da orientação da cabeça do utilizador (head tracking). Ambas as informações – visual e auditiva – são simultaneamente actualizadas em tempo real. O algoritmo de auralização recorre a HRTF (Head-Related Transfer Functions), escolhidas tendo em conta a orientação da cabeça, para processar o som directo e as primeiras reflexões. O ruído (clicking) que ocorre nas transições entre HRTF é removido através de interpolação. As primeiras reflexões são determinadas pelo método das imagens virtuais: o contributo de cada reflexão é obtido por processamento do som directo tendo em conta os coeficientes de atenuação dos materiais das superfícies. Os materiais são especificados num programa de correcção acústica de salas desenvolvido num projecto anterior. Este permite associar coeficientes de absorção a cada polígono de um modelo 3D. Esta informação é usada para calcular os tempos de reverberação por banda usados na simulação. Foram estudados e implementados vários algoritmos de reverberação entre os quais se destacam a resposta impulsional sintética, a FDN (feedback delay network) e o algoritmo multirate. A FDN permite simular um tempo de reverberação médio enquanto os restantes permitem simular tempos de reverberação distintos por banda. No sentido de validar os algoritmos implementados, foram desenvolvidas demonstrações e aplicações que permitiram a realização de testes perceptuais preliminares.

The main objective of the work presented in this thesis is auralisation in virtual environments. For this purpose the 3DLIB library was developed which allows 3D sound to be generated on a simple virtual environment based on a Head Mounted Display (HMD), headphones and a head tracking device. Both visual and aural information are updated simultaneously in real time. The auralisation algorithm uses HRTF (Head-Related Transfer Functions), selected according to head orientation, to process the direct sound and early reflections. Clicking artifacts caused by HRTF transitions are removed trough interpolation. Early reflections are computed using the image-source method: the contribution of each reflection is obtained by processing the direct sound taking into account the absorption coefficients of surface materials. The materials are specified using an acoustic correction program developed in a previous project. With this software it is possible to assign absorption coefficients to each polygon of a 3D model. Octave-band reverberation times (RT) are then computed using this information. Several reverberation algorithms were considered and implemented, such as the Synthetic Impulse Response, FDN (feedback delay network) and multirate algorithm. With the FDN method it is possible to simulate an average RT while the others allow octave-band calculations. In order to validate the implemented algorithms, a number of demonstrations and applications were developed. These allowed preliminary perceptual tests.