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Theses Year : 1998

Simulation of high quality sound fields for interactive graphics applications

Simulation de champs sonores de haute qualité pour des applications graphiques interactives

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Abstract

This work is aimed at simulating high quality sound fields for interactive 3D graphics applications. We focused our efforts on three main problems: interactive calculation of sound occlusion by obstacles, integration of sound simulation in an interactive 3D animation system and adaptive simulation of sound reflections in reverberant environments.We first present an original method that allows for approximating the effects of obstacles on sound waves propagation. This qualitative method is based on the occlusion of the first Fresnel ellipsoids. We make advantage of the use of 3D graphics hardware to achieve interactive computation rates of the attenuation between a point source and a point receiver in general environments. A more quantitative method based on the Fresnel-Kirchhoff theory of diffraction is also described. Then, we describe an interactive system for integrated sound and graphics rendering in the context of computer animation or virtual reality. This system integrates the previous interactive occlusion rendering technique.We will show how other effects such as sound specular reflections and Doppler shifting are also taken into account. Eventually, we introduce a new adaptive simulation technique based on a hierarchical radiosity-like approach as used in lighting simulations. It allows for taking into account global specular and diffuse reflections in the context of time-varying energy exchanges. The obtained solution is independent of the listening position which makes the approach well suited to walkthrough applications.Moreover, the complexity of the process can be tuned to reach more quantitative results, making it usable for roomacoustic quality prediction. These three contributions may allow to design a complete simulation system for rendering a virtual sound scene which could be used in a wide range of applications. These applications, however, do not limit to acoustic simulations but can also be extended to study radiowave propagation in the context of mobile communications or wireless networks.
Ce travail porte sur la simulation de champs sonores de haute qualité pour des applications graphiques interactives. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressé à trois problèmes : le calcul interactif des effets de l'occultation des ondes sonores par des obstacles, l'intégration du son dans un système d'animation et de réalité virtuelle et la simulation adaptative des réflections du son dans des environnements réverbérants. Nous présentons une méthode originale permettant d'approcher les effets des obstacles sur la propagation des ondes sonores. Cette méthode qualitative est fondée sur le calcul de l'obstruction des premiers ellipsoïdes de Fresnel. Pour cela nous utilisons le rendu câblé des cartes graphiques spécialisées pour effectuer un calcul interactif entre une source et un récepteur ponctuels dans des environnements généraux. Une extension plus quantitative, basée sur la théorie de Fresnel-Kirchhoff est également décrite. Nous décrivons également un système interactif de simulation acoustique. Il permet le rendu synchronisé du son et de l'image dans le cadre d'applications d'animation de synthèse et de réalité virtuelle. Nous y avons intégré notre approche de traitement des occultations sonores. Nous présentons comment d'autres effets, comme les réflections spéculaires du son ou l'effet Doppler sont également pris en compte. Enfin, nous introduisons une technique originale de simulation adaptative fondée sur un formalisme proche de la radiosité hiérarchique utilisée en synthèse d'images. Elle permet de prendre en compte efficacement des réflections globales spéculaires et diffuses dans le cadre d'échanges énergétiques dépendants du temps. La solution obtenue est indépendante du point d'écoute et ouvre la porte à des applications de parcours interactifs de l'environnement virtuel. En outre, la complexité du processus peut être contrôlée, permettant des applications plus quantitatives, comme la prévision des qualités acoustiques de lieux d'écoute. Ces trois contributions peuvent permettre de réaliser un système de simulation complet d'une scène sonore virtuelle pouvant être utilisé dans une variété d'applications. Celles-ci ne se limitent toutefois pas à l'acoustique, mais peuvent être étendues à la simulation de propagation d'ondes radioélectriques pour la téléphonie mobile ou les réseaux sans fils.
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Dates and versions

tel-00528829 , version 1 (22-10-2010)

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  • HAL Id : tel-00528829 , version 1

Cite

Nicolas Tsingos. Simulation de champs sonores de haute qualité pour des applications graphiques interactives. Interface homme-machine [cs.HC]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1998. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00528829⟩
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