地鐵列車駕駛模擬器中XAudio2技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：一般情況下，為了能夠讓受訓(xùn)學(xué)員在地鐵列車駕駛模擬器上獲得真實(shí)的聽覺效果，需要對列車駕駛中聽到的各種聲音進(jìn)行模擬仿真。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；駕駛模擬器；XAudio2技術(shù)；應(yīng)用價(jià)值

地鐵列車駕駛模擬器（Subway train driving simulator）仿真系統(tǒng)要求盡可能還原真實(shí)的仿真系統(tǒng)，不僅僅需要有真實(shí)的音響效果，還需要在整個(gè)駕駛過程中給受訓(xùn)學(xué)員提供更為真實(shí)的視覺感。動聽且逼真的音響效果可以讓更多的工作人員對駕駛模擬器中的各種聲音模擬有更為真實(shí)的感覺。從上述角度來看，對地鐵列車駕駛模擬器中的聲音進(jìn)行仿真研究非常有必要。

1 簡要分析地鐵列車駕駛模擬聲音仿真系統(tǒng)

地鐵列車駕駛模擬器主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）駕駛室操縱臺——wheelhouse console；

（2）視景仿真系統(tǒng)——visual simulation system；

（3）控制仿真系統(tǒng)——Control simulation system；

（4）聲音仿真系統(tǒng)——Sound simulation system。

地鐵列車實(shí)際運(yùn)行過程中會產(chǎn)生各種各樣的聲音，主要包括以下幾種噪聲等：

（1）輪軌噪聲——wheel-rail noise；

（2）橋隧噪聲——Tunnel noise；

（3）鳴笛聲——whew；

（4）電器動作噪聲——Electrical noise；

（5）變頻器噪聲——frequency-changer crystal；

（6）空氣制動聲——Air brake；

（7）調(diào)車和會車連掛引起的噪聲——Shunting and meeting the

noise caused by coupling。

上述7種聲音均需要進(jìn)行模擬，在地鐵列車駕駛模擬器中，聲音信息不僅僅可以使得聽覺和視覺互相疊加，還能夠作為視景仿真系統(tǒng)伴音。舉例來說，由于起霧是從遠(yuǎn)方駕駛而來發(fā)出的聲音中能夠讓駕駛員準(zhǔn)確判斷前方的具體狀況。從上述角度來看，在地鐵列車駕駛模擬器中使用XAudio2技術(shù)能夠起到更大的價(jià)值。

現(xiàn)階段，我國地鐵列車駕駛模擬器中的聲音模擬一般使用DIRECTX中的DIRECT sound組件來實(shí)現(xiàn)。相比起DIRECT sound而言，XAudio2在以下兩種聲音中：其一，環(huán)繞聲音；其二，3D聲音有更大的進(jìn)步，因此可以為每一個(gè)揚(yáng)聲器單獨(dú)設(shè)置音量。例如，配置7.1聲道能夠分別計(jì)算出每一個(gè)不同揚(yáng)聲器所需要的音量。

2 簡要分析XAudio2組件

XAudio2是微軟公司新推出的DIRECTX音頻組件，是跨越360硬件平臺和WINDOWS的音頻API.XAudio2相比起之前的DIRECT sound音頻接口，和box360硬件平臺下的XAudio2音頻接口保持高度一致，為游戲的開發(fā)提供了強(qiáng)大的信號處理能夠。XAudio2為box360和WINDOWS開發(fā)者提供了以下解決方案：

（1）寫一次代碼；

（2）編譯兩次。

提出上述解決方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少游戲工作人員跨平臺修改代碼的相關(guān)工作量。

2.1 XAudio2技術(shù)的基本概念

XAudio2組件中有以下幾種類型的聲音：

（1）次混音聲音；

（2）主混音聲音；

（3）有源聲音。

XAudio2通過次混音聲音、主混音聲音以及有源聲音等處理音頻數(shù)據(jù)，從次混音聲音角度來看，最主要的功能是對接收到的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，在進(jìn)行音頻采樣率轉(zhuǎn)換過程中，處理完次混音聲音數(shù)據(jù)后能夠?qū)⒘硪粋€(gè)混音聲音給傳遞出去。從主混音聲音角度來看，主要是將次混音聲音和源聲音中傳遞過來的數(shù)據(jù)發(fā)送給音頻硬件。從源聲音角度來看，其代表的是音頻數(shù)據(jù)流，繼而發(fā)送數(shù)據(jù)給其他類型的聲音。XAudio2聲音的一個(gè)集合是音頻圖，聲音數(shù)據(jù)從音頻圖中的源聲音開始，經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)次混音聲音之后能夠發(fā)送到主混音聲音中，繼而送到音頻硬件處理中。

2.2 XAudio2技術(shù)的基本特點(diǎn)

XAudio2技術(shù)相比起DIRECTX音頻組件下的DIRECT sound技術(shù)而言，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）次混音效果。簡單來講，次混音就是一個(gè)音頻流，能夠?qū)⑷舾蓚€(gè)聲音進(jìn)行混合處理，XAudio2技術(shù)恰好就是處理游戲聲音中次混音效果的最佳方案。舉例來說，全部合并游戲中的音效部分之后，能夠允許用戶充分調(diào)節(jié)音量，與此同時(shí)游戲中的音樂部分也可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。簡而言之，XAudio2技術(shù)能夠允許任意層次的次混音。

（2）支持壓縮音頻格式。XAudio2支持壓縮音頻格式，在WINDOWS中能夠支持ADPCM壓縮格式。

（3）非阻塞API模型。XAudio2技術(shù)所采用的調(diào)節(jié)方法一方面不會阻塞音頻處理引擎，另外一方面也不需要擔(dān)心XAudio2技術(shù)在其他運(yùn)行中造成的音頻處理引擎阻塞問題。

3 XAudio2在模擬器中的應(yīng)用價(jià)值

地鐵列車在運(yùn)行中分為3D立體聲和無方位的聲音兩種，例如當(dāng)?shù)罔F列車在會車過程中，由于聲音的多普勒效應(yīng)，需要使用3D立體聲音來模擬聲音效果。

在駕駛室內(nèi)聽到的列車機(jī)械聲音中基本上是無方位的聲音不需要進(jìn)行3D定位聲音仿真，直接播放出來便可以達(dá)到最為理想的效果。利用XAudio2技術(shù)播放無方位聲音之前，首先需要初始化XAudio2，再創(chuàng)建一個(gè)源聲音將音頻數(shù)據(jù)傳遞給XAudio2，繼而通過聲音文件將音頻輸出設(shè)備播放出來。另外，設(shè)置合適的聲音錐能夠?qū)⒊绦蛑械穆曇羧坎シ懦鰜恚谀M會車場景中，可以將聲源放在車內(nèi)，設(shè)置合適的內(nèi)錐角度和外錐角度。

4 結(jié)束語

綜上所述，在分析列車駕駛模擬器聲音的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，將模擬駕駛器中的聲音分為3D立體聲和無方位聲音，采用XAudio2技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)聲音仿真。

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