一種基于WebVR實現(xiàn)3D音效可視化的方法

金益 張量

摘? 要：由于VR場景中用戶可以自主選擇觀看的方向和角度，為了獲得最佳的體驗效果，VR音頻技術(shù)要求通過聲音辨別方向、距離等反饋更多的空間環(huán)境狀態(tài)。本文主要論述了一種基于WebVR實現(xiàn)音頻空間可視化的方法，核心是運用了Web Audio API的PannerNode和AudioListener兩個對象處理音頻源，其中Three.js提供了完善的音頻空間化支持。最后通過VR Audio的案例進行測試，實驗表明根據(jù)用戶的位置和旋轉(zhuǎn)矩陣，可更新音頻空間信息。

關(guān)鍵詞：WebVR;音頻空間化;Web Audio API;音頻源

中圖分類號：TP391? ? ?文獻標識碼：A

Abstract：As users can choose the direction and angle of view independently in VR scene，VR audio technology requires more spatial environment status through sound discrimination direction，distance，etc.in order to gain optimum experience.This paper mainly discusses a method of audio spatial visualization based on WebVR.The core of this method is to use Web Audio API's PanerNode and AudioListener to process audio source，in which Three.js provides refined support to audio spatialization.Finally，a VR audio case is tested.The experiment shows that the audio spatial information can be updated according to the user's position and rotation matrix.

Keywords：WebVR;audio spatialization;Web Audio API;audio source

1? ?引言（Introduction）

在虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的開發(fā)中，除了圖形視覺渲染之外，音頻處理也是重要的一個環(huán)節(jié)，最佳的3D音效能使用戶達到身臨其境的效果[1，3]。VR音頻的輸出硬件主要是耳機，根據(jù)音頻源與場景之間的關(guān)系，可將VR音頻分為兩類：靜態(tài)音頻和空間化音頻[1]。

靜態(tài)音頻作用于整個VR場景，可簡單地理解為背景音樂，音頻輸出是靜態(tài)的，比如雨滴聲、鬧市聲等充斥整個場景的背景音效。對于此類音效的開發(fā)，我們可以簡單地使用HTML5中的

2? ?音頻開發(fā)流程（ Process of audio development）

我們首先用WebVR提供的Web Audio API處理一個簡單的音頻。Web Audio API提供了非常豐富的接口讓開發(fā)者在web平臺上實現(xiàn)對音頻進行處理，底層由c++引擎提供支持與優(yōu)化[3]。利用Web Audio API，開發(fā)者能夠?qū)σ纛l文件擁有更高的處理權(quán)限以及內(nèi)置相關(guān)的音頻專業(yè)效果處理。Web Audio API使用戶可以在AudioContext中進行音頻操作，具有模塊化路由的特點。一個簡單的音頻處理流程需要分為五步，如圖1所示。

（1）創(chuàng)建音頻上下文。

（2）在音頻上下文里創(chuàng)建源。例如

（3）創(chuàng)建效果節(jié)點，例如混響、雙二階濾波器、平移、壓縮。

（4）為音頻選擇一個目的地，例如系統(tǒng)揚聲器。

（5）連接源到效果器，對目的地進行效果輸出。

Web Audio API處理流程可以比喻成一個加工廠對聲源的加工，這個加工廠由多個加工模塊連接而成，音頻源經(jīng)過一系列的處理加工后，被輸送至揚聲器。其中Audio Context代表了一個音頻加工廠控制中心，是處理音頻的核心對象[]，所有處理連接過程都由audio context管理，負責(zé)各個音頻結(jié)點的創(chuàng)建和組合，通過new AudioContext（）的方式創(chuàng)建，如圖所示，Audio Context控制Input節(jié)點的生成和Destination節(jié)點的生成，同時控制著Input節(jié)點與Destination節(jié)點之間的連接。AudioNode是音頻結(jié)點，則是加工廠的加工模塊，按照功能可分為三類：輸入結(jié)點、處理結(jié)點、輸出結(jié)點。每個結(jié)點都擁有connect（）方法連接下一個結(jié)點，將音頻輸出到下一個模塊。輸入結(jié)點主要負責(zé)加載解碼音頻源，比如獲取二進制音頻源的BufferSourceNode、獲取