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Advanced 3D Sound- Techniques Universität zu Köln Historisch- Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung WS 2011/12 Dozent: Prof. Dr. Manfred Thaller.

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Präsentation zum Thema: "Advanced 3D Sound- Techniques Universität zu Köln Historisch- Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung WS 2011/12 Dozent: Prof. Dr. Manfred Thaller."—  Präsentation transkript:

1 Advanced 3D Sound- Techniques Universität zu Köln Historisch- Kulturwissenschaftliche Informationsverarbeitung WS 2011/12 Dozent: Prof. Dr. Manfred Thaller Hauptseminar: „Software Engineering: Basistechnologien" Vortrag von André Streicher

2 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Wiederholung – physikalische Grundlagen: Wiederholung – physikalische Grundlagen: Schallwellen haben wie jede andere Welle vier Eigenschaften: 1. Geschwindigkeit 2. Amplitude (Schwingungsweite, Lautstärke) 3. Wellenlänge (Länge, Schwingungsdauer) 4. Frequenz (Die Häufigkeit der Schwingungen in einem bestimmten Zeitabschnitt)

3 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Sound Production: Sound Production: - primäre Schallausbreitung zentral von der Quelle aus in alle Richtungen

4 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Direct Path – Schallwelle, die von der Quelle ohne Inferenzen zum Listener gelangt

5 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Echo – Schallwelle, die von der Quelle durch eine Reflektion zum Listener gelangt

6 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Widerhall – Schallwelle, die von der Quelle durch mehrere Reflektionen zum Listener gelangt

7 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Kombination aller Schallwellen führt zum schlussendlichen Raumklang

8 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Zeitliche Abfolge der Schallwellen

9 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Differenzierung der Schallwellen: Differenzierung der Schallwellen: - Schalldruck -> Lautstärke

10 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Reflektion der Schallwellen: Reflektion der Schallwellen: - Größe des Raums - Geometrie der Umgebung - Materialität/ Reflektionseigenschaften der Geometrie der Geometrie - Raumposition der Soundquelle - uvm… => Jeweils spezifische Klangfarben der Töne in unterschiedlichen Umgebungen

11 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Geometrie als Hindernis: Geometrie als Hindernis: - Blockade des Direct Path

12 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Geometrie als Hindernis: Geometrie als Hindernis: - Blockade des Direct Path und des Echo

13 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Materialität Materialität - Reflektions-/ Absorbtionseigenschaften der Materialien - Streuung der Schallwellen - Abspeicherung der Eigenschaften in abrufbaren Datenbanken zur Verknüpfung mit 3D- Modellen/ Polygonbereichen

14 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Geometrie und Materialität in Kombination: Geometrie und Materialität in Kombination: - Occlusion von Frequenzen

15 Einführung – Grundlagen des Raumklangs Geometrie und Materialität in Kombination: - Occlusion von Frequenzen in Bezug auf das Vermittlungsmedium

16 Reproduktion von Raumklang EAX - Environmental Audio Extensions in der Version 1.0 von Creative Labs vorgestellt - derzeitige Version EAX Advanced HD Hardware- extension für Soundkarten - normalerweise müsste jeder Ton in seiner jeweils spezifischen Klangfarben für jede Umgebung aufgenommen werden - EAX erzeugt nach Angabe bestimmter Parameter das spezifische Klangmuster jedes Tons - Windows Vista als Betriebssystem schränkt die Nutzbarkeit der EAX Technologie ein - Grundprinzipien von Effekten und Filtern, die auf den Originalsound angewendet werden

17 Reproduktion von Raumklang Grundprinzipien von Effekten und Filtern, die auf den Originalsound angewendet werden -> Effect- Element  Container- Element für Effekte  Beeinflussung eines Sounds sowie verschiedene Parameter zur realitätsnahen Gestaltung des Klangverhaltens  Basierend auf Wiederhallwert, der spezifisch angepasst wird -> Auxiliary Effect Slot Object  Container für die jeweiligen Effect- Elemente  Anschließend Anwendung auf die Tonspur einer Soundquelle  An einen Slot auch mehrere Quellen anbindbar

18 Reproduktion von Raumklang Grundprinzipien von Effekten und Filtern, die auf den Originalsound angewendet werden -> Filter- Elemente  Differenzierung zwischen zwei Filtern -> Filter der auf das Ursprungssignal angewendet wird -> Filter der auf das Ursprungssignal angewendet wird -> Filter der auf Effekt- Slot angewendet wird  Anpassung des Tonsignals in Bezug auf seinen Frequenzbereich -> Lowpass Filter -> Highpass Filter -> Bandpass Filter

19 Reproduktion von Raumklang Grundprinzipien von Effekten und Filtern, die auf den Originalsound angewendet werden

20 Reproduktion von Raumklang Datenspeicherung/ -pufferung Klangeffektproduktionen - Dynamische Datenverwaltung -> Laufzeitumgebung entlasten -> Orientierung an Datenmodellen der Grafik - Klangeffektproduktion -> Automatisiert oder manuell -> Analyse der Grundlagen  Art des Spiel  Gewichtung des Raumklanges als Element  Typisierung der Räume im Spiel  Bestehende Datenstrukturen  Kosten-/ Nutzenfaktor

21 Reproduktion von Raumklang Manuelle Definition von Umgebungsarealen - Implementation spezieller Schlüsselstellen/ Trigger - Unterteilung der Level in spezifische Zonen

22 Reproduktion von Raumklang

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24 Manuelle Definition von Umgebungsarealen - Definition von begrenzten Zonen - Definition von einzelnen Triggerpunkten, die Ereignisse auslösen - Definition von „Zwischenzonen“ -> Ausgleichbereich zwischen zwei differenten Raumklängen  Je nach Position Überblendung des anderen Effekts -> Nach Möglichkeit auch Interpolation  Nutzung von Klangpunkten anstatt von Arealen

25 Reproduktion von Raumklang Klangpunkten statt Areale - Je nach Entfernung zu Klangpunkten Interpolation der Effekte - Untergliederung der Klangpunkte in weitere lokale Phänomene

26 Reproduktion von Raumklang Manuelle Definition von Umgebungsarealen - linearer Algorithmus ist bei großen Welten sehr kontraproduktiv => Nutzung effizienterer Datenmodelle zur Entlastung der Laufzeit => Nutzung effizienterer Datenmodelle zur Entlastung der Laufzeit - Rückgriff auf Datenmodelle im Grafikbereich -> Warum dann nicht Grafik und Ton in einem Datenmodell mit gemeinsamer dynamische Datenverwaltung ablegen?!?

27 Reproduktion von Raumklang PVS vs. PAS PVS vs. PAS => Getrennte Datenverwaltung von Grafik und Sound nötig => Getrennte Datenverwaltung von Grafik und Sound nötig

28 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Grid

29 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> BSP Trees

30 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Octrees

31 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Octrees

32 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Octrees

33 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Octrees – worst- case

34 Reproduktion von Raumklang Datenstrukturen um Sound dynamisch zu verwalten -> Octrees – Abstraktion

35 Reproduktion von Raumklang Automatisierte Definition von spezifischen Umgebungsarealen Kriterien A. Größe des Raumes => durch Berechnung innerhalb der Bounding Box B. Materialität des Raumes => durch Linked Data der jeweiligen Polygone C. Geometrie des Raumes => durch raytracing von den Soundquellen aus

36 Reproduktion von Raumklang Berechnung von Hindernissen und Absorptionsfaktoren -> Normalerweise wäre vollständige Berechnungen für die Pfade der Schallwellen nötig -> Viel zu hoher Rechenaufwand bei der Menge der Schallwellen und der aktiven Bewegung des Listeners

37 Reproduktion von Raumklang Berechnung von Hindernissen und Absorptionsfaktoren -> Jeweiligen Hindernissen Absorptionsfaktor hinzufügen

38 Reproduktion von Raumklang Automatisierte Definition von spezifischen Umgebungsarealen -> Kosten Nutzen Faktor -> Zeitaufwand um Algorithmus zu entwickeln vs. Leveldesigner -> Fähigkeiten der Klassifikation des Algorithmus vs. Manuelle Klassifikation -> Rechenaufwand, um Räume zu erfassen und einzuordnen -> Rechenaufwand für Pfadberechnung bei Hindernissen vs. Absorptionsfaktoren

39 Reproduktion von Raumklang Automatisierte Definition von spezifischen Umgebungsarealen -> Möglichkeiten der Komplexität: - dynamisch abgetasteter Raum ist nicht mehr auf Trigger- Skripte angewiesen - Spieler erhält Freiheit in Aktionen, da die KI nicht auf Trigger, sondern realistischen Raumklang reagiert

40 Habt Ihr noch Fragen!?!

41 VIELEN DANK FÜR EURE AUFMERKSAMKEIT!!!

42 Literaturangaben McCuskey, Mason: Beginning Game Audio Programming. Boston Boer, James: Beginning Game Audio Programming. Boston Marks, Aaron: The Complete Guide to Game Audio: For Composers, Musicians, Sound Designers, and Game Developers. Berkeley


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