CN101842830A - 互动声音合成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用物理规律合成游戏相关声音的方法。具体实施中，识别游戏环境中游戏元素之间的一个或多个互动；确定各游戏元素的相关属性并计算互动参数；基于这些参数和元素的属性而使用已存储的声音样本生成合适的声音。
Description
背景技术
近年来，计算机硬件，尤其是处理器和图形加速器不断增加的功能使游戏声音合成技术不断发展。大多数计算机游戏包括多个对象或游戏元素，例如树、房子、石头、河流、汽车等。这些游戏元素或对象在游戏环境中彼此互动时会产生声音，例如向汽车扔石头的游戏环境中产生的声音或者滑坡产生的声音。较为逼真的声音会给游戏玩家带来更大的兴趣。游戏背景声音通常是在录音室预先录好的。这些预先录好的声音可以是真实的自然声音的录音，还可以是通过电子手段合成的声音。不同互动的预先录好的声音和游戏的各种相关计算机指令会一起存储在游戏存储器中。在游戏环境下，当游戏元素之间发生互动时，即从存储位置取出预先录好的声音并进行回放。这些预先录好的声音可在互动期间回放，这可由游戏的相关计算机指令进行控制。
发明内容
本部分介绍物理合成声音的相关概念。这些概念在具体实施方式部分会进一步详细说明。本部分内容并不用以确定要求保护的主题的基本特征，也不用以确定要求保护的主题的范围。
在具体实施中，识别游戏环境中游戏元素之间一个或多个互动；确定各游戏元素的相关属性并计算互动参数；基于这些参数和元素的属性，使用已存储的声音样本生成声音。
附图说明
下面结合附图进行详细说明。附图中，各附图标记最左边一位数字标示该附图标记最早出现于哪个附图。类似的特征和元件采用相同的附图标记。
图1示例游戏***中进行声音合成的***。
图2示例进行声音合成的计算设备。
图3示例游戏环境中确定声音的方法。
具体实施方式
本发明合成游戏相关声音的***和方法是基于自然的物理规律。在当前的模拟环境和程序中，这些自然的物理规律通常支配一个或多个元素之间的互动。例如，物理规律决定了抛射物的轨道。基于发生在模拟环境中的互动而生成声音。
现有的模拟***通过在互动发生时回放预先录好的声音的方式来产生各互动的相关声音。例如，在发射子弹时回放相关的预先录好的声音，从而形成逼真的环境。由于模拟的相关视觉效果变得越来越复杂，因而难以针对复杂的互动存储大量的音频文件。
为此，***包括一个或多个手段，以针对发生在模拟环境中的所有互动，基于一个或多个元素之间的互动程度而生成声音。这里的元素例如包括，但不限于，树木、房屋、坦克、人、动物等。模拟中使用的元素具有属性。例如元素人具有肉体属性，而坦克具有金属属性。这些属性还可包括子类，例如金属的子属性可为锡、铜、钢等。可通过计算互动程度并确定互动的相关元素的属性来生成声音。
每当元素之间发生互动时，模块确定这些互动和互动的相关元素。对任意两个元素之间的互动进行定义并基于该互动或碰撞创建单位声音。所述互动还配置有各种参数。基于这些参数和元素的属性可执行计算。接着，应用演算法生成声音。每种情况下都计算互动的相关参数。这样，通过不断的互动生成音频。
所述模拟环境中的声音生成避免了存储并回放预先录好的声音，因而无需存储针对不同动作的独立音频文件。
在具体实施中，使用先前的互动及其相关计算来确定新发生的互动。在此情况下，基于新发生的互动和先前发生的互动的参数，将新发生的互动近似成先前发生的互动。对于这种互动，使对应相关先前发生互动的单位声音的音频文件进行处理并回放。
这里所述的技术可用于多种不同的操作环境和***。下面描述几种不同的实施方式。后续部分还将描述适合各种实施方式的示例环境。
图1示例进行模拟环境中声音合成的***100，该模拟环境例如为游戏环境、建筑漫游环境等。本实施例的***100为游戏***。***100包括游戏设备102。具体实施中，该游戏设备102可为计算设备，其响应一个或多个计算机指令以执行一个或多个功能。***100包括连接游戏设备102的显示区104以及一个或多个游戏控制器106(1)-(n)。显示区104用于显示由游戏设备102的一个或多个处理模块执行处理而生成的输出数据。
游戏控制器106(1)-(n)使用户能够控制游戏设备102的一个或多个相关特征或功能。例如，游戏控制器106(1)使用户能够控制游戏期间的游戏互动并执行其他相关操作，例如暂停游戏、结束游戏等。本领域的技术人员应了解还可使其他功能与游戏控制器106(1)-
(n)相关联。
***100还包括一个或多个连接游戏设备102的发声设备108(1)-(n)(例如扬声器)。游戏设备102的一个或多个模块生成合成声音，并经由发声设备108(1)-(n)输出。一实施例中，发声设备108(1)-(n)可响应一个或多个计算机指令而输出声音。
如前所述，游戏期间的声音合成包括确定游戏环境中发生的一个或多个互动并基于该互动生成声音。为此，游戏设备102包括互动模块110和合成模块112。
互动模块110确定游戏期间游戏元素之间的一个或多个互动。在游戏环境中，游戏元素彼此互动。例如，游戏元素之间相互碰撞，例如石头击中汽车。基于游戏元素之间的互动程度计算每个互动以生成合适的声音。例如，小石头与对象之间的互动程度和大石头与对象之间的互动程度不相同，具有不同的互动程度。其他物理参数，例如表示为对象的游戏元素之间的相对速度、对象的物理结构、材料属性、所生成声音的传输媒介(例如水、空气等)等都可用作生成合适声音的要素。此外，确定所述游戏元素之间的互动方式是基于互动游戏元素的属性。
在确定互动后，合成模块112依据互动的相关属性生成声音。下面结合图2详细说明互动模块110和合成模块112的功能。
图2示例用于游戏环境中声音生成的游戏设备102。游戏设备102基于游戏环境中游戏元素之间的互动生成声音。游戏设备102包括一个或多个处理器202，以及一个或多个输入输出接口204和一个或多个存储器206。处理器202可为单个处理单元或多个处理单元，无论单个处理单元还是多个处理单元都可包括多个计算单元。存储器206可包括例如易失性存储器(例如随机存取存储器RAM)和非易失性存储器(例如只读存储器ROM、可擦写只读存储器EPROM等)。程序指令存储在存储器206中，并由处理器202执行。
输入输出接口204为游戏设备102提供输入输出功能。输入输出接口204可包括一个或多个端口，分别连接作为输入设备的游戏控制器106(1)-(n)和作为输出设备的发声设备108(1)-(n)。具体实施中，游戏设备102经由连接输入输出接口204的游戏控制器106(1)-(n)接收用户的输入数据。
存储器206包括程序模块208和程序数据210。程序模块208包括互动模块110、合成模块112和其他程序模块212。程序数据210包括声音数据214、游戏数据216和其他程序数据218。其他程序数据218存储游戏设备102运行期间的生成数据或所需数据等各种数据。
互动模块110探测游戏期间游戏环境中游戏元素之间发生的互动。模拟/虚拟环境中的元素通常由多边形组成，在游戏数据216中进行修改并存储。其顶点坐标定义多边形的位置。每当不同游戏元素的多边形相交或重叠时，互动模块110探测到互动。具体实施中，当构成游戏元素的多边形彼此接近到一定程度时，互动模块110探测到互动。
在二维(2D)环境中，互动探测很简单。每当两个或多个多边形彼此相交时，互动发生。在三维(3D)环境中，有多种方法来探测互动。具体实施中，将每个元素近似为一个球体，然后互动模块110检测球体之间是否相交。由于本方法计算廉价，因而被经常使用。检测两个球的中心之间的距离，如果此距离小于两个半径之和，则互动发生。在其他实施中，可将球体分为更小的球体并再次检测相交情况。此外还可使用现有的碰撞探测方法。
互动模块110一旦探测到互动，即确定该互动涉及的游戏元素。例如，互动模块110可将轨道上运行的机车识别为该机车、空气和轨道之间的互动。在识别了与所述游戏元素相关的属性和子属性后，可从声音数据214中提取互动的相关单位声音。互动模块110从游戏数据216中检索与所述游戏元素相关的属性和子属性的信息。例如，游戏元素机车具有标示其构成材料的属性，如金属。子属性可涉及所使用金属的类型，例如钢、铁、铅等。此外，可以类似的方式检索所涉及的其他游戏元素(例如铁路轨道)的属性和子属性。
游戏设计者在设计游戏时创建游戏元素。设计者还可在初始设计过程中决定所述游戏元素的属性和子属性并将此信息存储在游戏数据216中。游戏期间，当互动发生时，互动模块110从游戏数据216中检索关于这些游戏元素的信息。
互动模块110还确定各互动的相关参数。这类参数例如包括，但不限于，互动力、互动时间、互动相关游戏元素的面积及其屈服属性(yielding property)。例如，当石块撞击汽车时，互动模块110计算石块撞击汽车的撞击力、受碰撞影响的汽车面积、互动时间等。此外，还可确定汽车和石块的屈服属性，例如汽车的变形程度、石块所受的影响等。在这些计算基础上调节互动的相关单位声音。例如，通过对对应石头与汽车之间的互动的预存单位声音进行调节，从而生成合适的声音。
在创建游戏期间，针对游戏环境中所有游戏元素之间的互动存储单位声音。例如，针对大冰块与水之间的互动，生成并存储单位冰与单位水之间单位力所产生的互动的单位声音。具体实施中，预定义互动的相关单位声音存储在声音数据214中。于另一实施例中，单位声音可基于互动对象的物理属性(例如密度、刚度、物理结构、材料属性等)由***100生成，接着将以这种方式(可为实时或非实时)生成的单位声音存储在声音数据214中供日后参照。
合成模块112对应发生在游戏环境中各种游戏元素之间的互动调节声音。这里的调节指的是依据互动参数修改或加工所述单位声音。可针对游戏期间游戏环境中发生的每个互动从声音数据214中检索一个或多个单位声音。合成模块112基于互动和/或相关各别互动的游戏元素的参数和/或属性处理单位声音。例如，针对汽车和石头的碰撞，合成模块112基于汽车和石头的大小、碰撞的强度等参数调节碰撞的相关单位声音。如果此例中，碰撞力很大，则将单位声音放大较大的程度，或者如果碰撞持续时间较长，则在碰撞期内都会播放该单位声音等等。合成模块112还基于相关该互动的其他相关因素处理所述单位声音，该些因素包括，但不限于元素的屈服属性和互动面积。
一实施例中，互动模块110确定模拟环境中元素之间的互动是否已预定义。对于新的互动，声音数据214中未存储单位声音。在此情况下，互动模块110可识别一个或多个与该新互动类似的预定义互动。将新互动相关游戏元素的属性和子属性与预定义互动的属性和子属性进行比较，从而在此基础上进行识别。一旦确定了类似的预定义互动，即可将新互动归类为预定义互动，并相应生成声音。
例如，如果游戏期间发生新类型互动，例如铅与玻璃制品之间的互动，则互动模块110分析游戏元素(亦即铅和玻璃制品)的属性和子属性。互动模块110基于预定义互动的游戏元素的属性和子属性识别与所述新类型互动类似的一个或多个互动。找到类似的互动后，例如类似互动为铁制品和玻璃制品之间的互动，处理该预定义互动的相关单位声音并生成合适的声音。依据铅与玻璃制品之间的互动的参数处理要生成的声音。图1和图2描述了使用自然物理规律合成游戏声音的示例方法。这些方法以可在计算设备上执行的指令背景下作描述。一般来说，这些指令包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构、过程、模块、函数等。
图3示例基于游戏环境中游戏元素之间的互动而合成游戏声音的方法300。该方法300进一步描述基于互动游戏元素及其相关参数而合成声音的流程，以带给用户真实的游戏体验。该方法的步骤顺序并不意图限制本发明，并且所述方块可以任意数目以任意顺序进行合并，以实施本方法或实施为替代方法。此外，个别方块可自本方法中删除而不背离本发明主题的精神和范围。而且，可在任意合适的硬件、软件、固件或其组合中实施本方法，而不背离本发明的范围。
在方块302中，探测并识别游戏环境中一个或多个游戏元素之间任意时刻发生的互动。具体实施中，互动模块110探测并识别游戏期间一个或多个游戏元素之间发生的互动。例如，互动模块110确定游戏元素例如飞机坠入大海的互动，并将其表示为飞机与大海和/或飞机与空气之间的一组互动。
互动模块110基于多边形相交或重叠来探测互动。具体实施中，当构成游戏元素的多边形彼此接近到一定程度时，互动模块110即探测到互动。在2维和3维模拟环境中有多种互动探测的方法，各有其优缺点。这些互动探测方法为现有技术。
在方块304中，确定该互动所涉及的游戏元素。具体实施中，互动模块110识别该互动所涉及的游戏元素。例如，上述涉及飞机和大海的例子中，相关的游戏元素可为飞机、大海和空气。
方块306中，检索各游戏元素的相关属性和子属性。从游戏数据216中获取所述互动游戏元素的相关属性和子属性。具体实施中，互动模块110从游戏数据216中提取所述游戏元素的相关属性和子属性。例如，飞机具有相关的金属属性。此外，游戏元素例如飞机还可具有相关的子属性例如铝；大海可具有水属性，空气可具有气体属性等等。
方块308中，计算该互动的相关参数。这些计算将影响可合成的声音。例如，游戏期间，当前述例子中的飞机和大海之间的互动发生时，互动模块110计算飞机坠入大海的力、互动涉及的大海面积和坠毁时间以列出一些参数。使用这些参数调节从声音数据214提取的单位声音，以生成适合此互动的特定声音。
方块310中，确定该互动是否已预定义并具有与相关的预定义单位声音。例如，如果证实游戏期间的互动为存储在游戏数据216中的预定义互动(从方块310出来的“是”路径)，则允许从声音数据214中检索该特定互动的单位声音(方块314)的程序持续进行。否则，如果无法证实游戏期间的互动是存储在游戏数据216中的预定义互动(从方块310出来的“否”路径)，则允许基于该互动所涉及的游戏元素的属性和子属性核查类似的互动(方块314)的程序持续进行。例如，如果游戏数据216中没有预定义铝制品和水之间的互动，则不执行方块314而是执行方块312。
方块312中，对于未定义互动，可识别相似元素之间合适的预定义互动，并将相关的单位声音分配给所述未定义互动。可通过分析预定义互动和未定义互动中互动游戏元素的属性和子属性来确定预定义互动和未定义互动的相似性。例如，可将铁制品与水之间的预定义互动的相关单位声音分配给前述例子中铝制品和水之间的未定义互动。具体实施中，互动模块110基于新互动和预定义互动的相关属性和子属性确定新互动和预定义互动之间的相似性。确定之后，互动模块110将新互动归类为预定义互动。或者，如前面所述，如果识别了元素之间的未定义互动，则可基于互动元素的相关属性生成新的单位声音(以后存储在声音数据214中)。例如，物理结构、材料属性(密度、刚度等)。
方块314中，合成模块112检索该预定义互动的相关单位声音。例如，合成模块112可检索例如铁与水的元素之间的预定义互动的相关单位声音。具体实施中，从声音数据214检索该单位声音。
方块316中，合成模块112基于互动的相关参数处理该单位声音。例如，基于飞机坠入大海的相关参数(如坠毁力、受坠毁影响的区域面积、受坠毁影响的水量等)处理飞机坠入大海的声音以列出一些参数。具体实施中，合成模块112一并检索该互动的相关单位声音和参数。具体实施中，可从游戏数据216检索所述参数并从声音数据214检索所述单位声音。
一旦计算好参数，即可使用这些参数调节所述单位声音。这里的调节意味着依据所述互动参数修改或加工所述单位声音。例如，可将游戏元素例如两辆车的碰撞的相关单位声音延长至整个碰撞期间，依据碰撞的本质放大该单位声音等。通过使用所述单位声音和与该互动的相关参数，调节后的声音即为针对该互动生成的最终声音。在方块318中，将前面的方块(316)中生成的经调节声音被发送至发声设备108(1)-(n)。如果同时发生多个互动，则将每个互动相关的经调节声音进行组合并发送到发声设备108(1)-(n)。组合不同声音可包括混合并过滤声音以于游戏期间生成逼真的声音。具体实施中，其他模块212混合并过滤该经调节调节声音。例如，在作战游戏环境中，例如枪炮声、玩家和坦克的移动等不同互动可在任意时刻发生。可通过生成这些互动的声音并将其混合，从而产生游戏中任意时刻的逼真声音。
尽管本文揭露了利用自然物理规律合成游戏相关声音的结构特征和/或方法的具体实施例，但应当理解权利要求的主题并不受此特定特征或方法的限制。相反，此特定特征和方法仅为所请求保护主题的示例实施方式。
Claims (20)
1.一种声音合成方法，包括：
响应模拟环境中第一元素与第二元素之间的互动，以基于所述第一元素和第二元素的一个或多个属性以及与所述互动相关的一个或多个参数而生成声音。
2.如权利要求1所述的声音合成方法，还包括确定所述第一元素和第二元素的一个或多个属性。
3.如权利要求2所述的声音合成方法，其中，所述确定步骤还包括：
将所述互动归类为预定义互动或新互动。
4.如权利要求3所述的声音合成方法，其中，所述确定步骤还包括：
将与新互动相关的第一元素和第二元素的一个或多个属性，和与预定义互动相关的元素的属性进行比较；以及
至少基于所述比较将所述新互动归类为所述预定义互动。
5.如权利要求1所述的声音合成方法，其中，所述一个或多个属性与一个或多个子属性相关。
6.如权利要求1所述的声音合成方法，其中，所述参数选自互动力、互动时间、所述第一元素和第二元素的互动面积或所述第一元素和第二元素的屈服属性。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述生成声音的步骤还包括：基于所述互动的所述一个或多个参数处理单位声音。
8.一种声音合成***，包括：
一个或多个处理器；
存储器；
一个或多个互动模块，配置用于：
识别模拟环境中第一元素与第二元素之间的互动；
一个或多个合成模块，配置用于：
基于所述第一元素和第二元素的一个或多个属性以及与所述互动相关的一个或多个参数生成声音。
9.如权利要求8所述的声音合成***，其中，所述模拟环境包括游戏环境、视频/音频动画、建筑漫游以及虚拟现实环境。
10.如权利要求8所述的声音合成***，其中，所述互动模块还配置用于确定所述第一元素和第二元素的一个或多个属性。
11.如权利要求8所述的声音合成***，其中，所述互动模块还配置用于将所述互动归类为预定义互动或新互动。
12.如权利要求11所述的声音合成***，其中，所述互动模块还配置用于：
将与新互动相关的所述第一元素和第二元素的一个或多个属性，和与预定义互动相关的元素的属性进行比较；以及
至少基于所述比较将所述新互动归类为所述预定义互动。
13.如权利要求8所述的声音合成***，其中，所述互动模块还配置用于检索得到与所述第一元素和第二元素的一个或多个属性相关的一个或多个子属性。
14.如权利要求8所述的声音合成***，其中，所述互动模块还配置用于从互动力、互动时间、所述第一元素和第二元素的互动面积或所述第一元素和第二元素的屈服属性中选择至少一个参数。
15.一个或多个计算机可读媒体，包括计算机可执行指令，所述指令在执行时指导设备执行的动作包括：
响应模拟环境中第一元素与第二元素之间的互动，以基于所述第一元素和第二元素的一个或多个属性以及与所述互动相关的一个或多个参数而生成声音。
16.如权利要求15所述的计算机可读媒体，还包括确定所述第一元素和第二元素的一个或多个属性以及子属性。
17.如权利要求15所述的计算机可读媒体，还包括将所述互动归类为预定义互动或新互动。
18.如权利要求17所述的计算机可读媒体，还包括：
将与新互动相关的所述第一元素和第二元素的一个或多个属性，和与预定义互动相关的元素的属性进行比较；以及
至少基于所述比较将所述新互动归类为预定义互动。
19.如权利要求15所述的计算机可读媒体，还包括从互动力、互动时间、所述第一元素和第二元素的互动面积或所述第一元素和第二元素的屈服属性中选择所述参数。
20.如权利要求15所述的计算机可读媒体，其中，所述声音生成步骤基于下述至少一种：
与所述互动相关的所述第一元素和第二元素的属性和子属性；
与所述互动相关的参数的计算。
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