【摘 要】
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声音可以极大地提高用户在虚拟环境中的沉浸感和真实感。室外场景在虚拟环境中必不可少，但计算机图形学中声音传播模拟方法大多都是针对室内场景的。其中，射线追踪法虽然可以用于模拟室外声音传播，但不能准确地模拟低频声效应。另外，在声学领域中，一些基于波的数值方法可以较为精确地模拟室外声音传播，但计算效率不高。 考虑到大气的不均匀性，本文提出了一种基于改进的FDTD-PE的预计算方法，用来模拟室外三维虚拟场
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声音可以极大地提高用户在虚拟环境中的沉浸感和真实感。室外场景在虚拟环境中必不可少，但计算机图形学中声音传播模拟方法大多都是针对室内场景的。其中，射线追踪法虽然可以用于模拟室外声音传播，但不能准确地模拟低频声效应。另外，在声学领域中，一些基于波的数值方法可以较为精确地模拟室外声音传播，但计算效率不高。
考虑到大气的不均匀性，本文提出了一种基于改进的FDTD-PE的预计算方法，用来模拟室外三维虚拟场景的声音传播。在柱坐标系下将三维场景划分为二维平面，将每个二维平面划分为近声源复杂区域和远声源区域，分别使用FDTD方法和改进的PE方法计算声压。然后，对改进的FDTD-PE方法计算出的声压数据脉冲响应进行编码处理，脉冲响应分解为后期混响及早期反射两部分。其中，后期混响部分采用一定区域选取一个变化到频域进行存储的编码方法，早期反射部分采用提取峰值及每个频率带变化趋势并存储的编码方法。实验表明，对比现有方法，我们的方法能更为准确且快速地模拟出室外不均匀大气中的声音传播。
此外，本文还建立了考虑大气不均匀性及地面效应的室外声音传播的模型，并根据改进的FDTD-PE方法的提出了自适应FDTD-PE方法来减少室外声音传播模拟的预计算时间。在近声源复杂区域采用自适应FDTD计算时间的方法计算声压，及远声源区域采用自适应PE计算区域的方法计算声压。并针对远声源区域的声音传播特性，提出基于函数拟合的声压数据压缩编码方法。然后，根据函数拟合的编码方法，提出了基于线性插值法的解码及可听化的方法。实验表明，对比现有方法，我们的方法能够更为真实且快速地模拟出地面效应对声音传播的影响。
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