地鐵列車駕駛模擬器中XAudio2技術(shù)的應(yīng)用分析

摘 要：一般情況下，為了能夠讓受訓(xùn)學(xué)員在地鐵列車駕駛模擬器上獲得真實(shí)的聽覺效果，需要對(duì)列車駕駛中聽到的各種聲音進(jìn)行模擬仿真。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；駕駛模擬器；XAudio2技術(shù)；應(yīng)用價(jià)值

地鐵列車駕駛模擬器（Subway train driving simulator）仿真系統(tǒng)要求盡可能還原真實(shí)的仿真系統(tǒng)，不僅僅需要有真實(shí)的音響效果，還需要在整個(gè)駕駛過程中給受訓(xùn)學(xué)員提供更為真實(shí)的視覺感。動(dòng)聽且逼真的音響效果可以讓更多的工作人員對(duì)駕駛模擬器中的各種聲音模擬有更為真實(shí)的感覺。從上述角度來看，對(duì)地鐵列車駕駛模擬器中的聲音進(jìn)行仿真研究非常有必要。

1 簡(jiǎn)要分析地鐵列車駕駛模擬聲音仿真系統(tǒng)

地鐵列車駕駛模擬器主要由以下幾個(gè)部分組成：

（1）駕駛室操縱臺(tái)——wheelhouse console；

（2）視景仿真系統(tǒng)——visual simulation system；

（3）控制仿真系統(tǒng)——Control simulation system；

（4）聲音仿真系統(tǒng)——Sound simulation system。

地鐵列車實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生各種各樣的聲音，主要包括以下幾種噪聲等：

（1）輪軌噪聲——wheel-rail noise；

（2）橋隧噪聲——Tunnel noise；

（3）鳴笛聲——whew；

（4）電器動(dòng)作噪聲——Electrical noise；

（5）變頻器噪聲——frequency-changer crystal；

（6）空氣制動(dòng)聲——Air brake；

（7）調(diào)車和會(huì)車連掛引起的噪聲——Shunting and meeting the

noise caused by coupling。

上述7種聲音均需要進(jìn)行模擬，在地鐵列車駕駛模擬器中，聲音信息不僅僅可以使得聽覺和視覺互相疊加，還能夠作為視景仿真系統(tǒng)伴音。舉例來說，由于起霧是從遠(yuǎn)方駕駛而來發(fā)出的聲音中能夠讓駕駛員準(zhǔn)確判斷前方的具體狀況。從上述角度來看，在地鐵列車駕駛模擬器中使用XAudio2技術(shù)能夠起到更大的價(jià)值。

現(xiàn)階段，我國(guó)地鐵列車駕駛模擬器中的聲音模擬一般使用DIRECTX中的DIRECT sound組件來實(shí)現(xiàn)。相比起DIRECT sound而言，XAudio2在以下兩種聲音中：其一，環(huán)繞聲音；其二，3D聲音有更大的進(jìn)步，因此可以為每一個(gè)揚(yáng)聲器單獨(dú)設(shè)置音量。例如，配置7.1聲道能夠分別計(jì)算出每一個(gè)不同揚(yáng)聲器所需要的音量。

2 簡(jiǎn)要分析XAudio2組件

XAudio2是微軟公司新推出的DIRECTX音頻組件，是跨越360硬件平臺(tái)和WINDOWS的音頻API.XAudio2相比起之前的DIRECT sound音頻接口，和box360硬件平臺(tái)下的XAudio2音頻接口保持高度一致，為游戲的開發(fā)提供了強(qiáng)大的信號(hào)處理能夠。XAudio2為box360和WINDOWS開發(fā)者提供了以下解決方案：

（1）寫一次代碼；

（2）編譯兩次。

提出上述解決方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少游戲工作人員跨平臺(tái)修改代碼的相關(guān)工作量。

2.1 XAudio2技術(shù)的基本概念

XAudio2組件中有以下幾種類型的聲音：

（1）次混音聲音；

（2）主混音聲音；

（3）有源聲音。

XAudio2通過次混音聲音、主混音聲音以及有源聲音等處理音頻數(shù)據(jù)，從次混音聲音角度來看，最主要的功能是對(duì)接收到的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，在進(jìn)行音頻采樣率轉(zhuǎn)換過程中，處理完次混音聲音數(shù)據(jù)后能夠?qū)⒘硪粋€(gè)混音聲音給傳遞出去。從主混音聲音角度來看，主要是將次混音聲音和源聲音中傳遞過來的數(shù)據(jù)發(fā)送給音頻硬件。從源聲音角度來看，其代表的是音頻數(shù)據(jù)流，繼而發(fā)送數(shù)據(jù)給其他類型的聲音。XAudio2聲音的一個(gè)集合是音頻圖，聲音數(shù)據(jù)從音頻圖中的源聲音開始，經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)次混音聲音之后能夠發(fā)送到主混音聲音中，繼而送到音頻硬件處理中。

2.2 XAudio2技術(shù)的基本特點(diǎn)

XAudio2技術(shù)相比起DIRECTX音頻組件下的DIRECT sound技術(shù)而言，具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）次混音效果。簡(jiǎn)單來講，次混音就是一個(gè)音頻流，能夠?qū)⑷舾蓚€(gè)聲音進(jìn)行混合處理，XAudio2技術(shù)恰好就是處理游戲聲音中次混音效果的最佳方案。舉例來說，全部合并游戲中的音效部分之后，能夠允許用戶充分調(diào)節(jié)音量，與此同時(shí)游戲中的音樂部分也可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。簡(jiǎn)而言之，XAudio2技術(shù)能夠允許任意層次的次混音。

（2）支持壓縮音頻格式。XAudio2支持壓縮音頻格式，在WINDOWS中能夠支持ADPCM壓縮格式。

（3）非阻塞API模型。XAudio2技術(shù)所采用的調(diào)節(jié)方法一方面不會(huì)阻塞音頻處理引擎，另外一方面也不需要擔(dān)心XAudio2技術(shù)在其他運(yùn)行中造成的音頻處理引擎阻塞問題。

3 XAudio2在模擬器中的應(yīng)用價(jià)值

地鐵列車在運(yùn)行中分為3D立體聲和無方位的聲音兩種，例如當(dāng)?shù)罔F列車在會(huì)車過程中，由于聲音的多普勒效應(yīng)，需要使用3D立體聲音來模擬聲音效果。

在駕駛室內(nèi)聽到的列車機(jī)械聲音中基本上是無方位的聲音不需要進(jìn)行3D定位聲音仿真，直接播放出來便可以達(dá)到最為理想的效果。利用XAudio2技術(shù)播放無方位聲音之前，首先需要初始化XAudio2，再創(chuàng)建一個(gè)源聲音將音頻數(shù)據(jù)傳遞給XAudio2，繼而通過聲音文件將音頻輸出設(shè)備播放出來。另外，設(shè)置合適的聲音錐能夠?qū)⒊绦蛑械穆曇羧坎シ懦鰜恚谀M會(huì)車場(chǎng)景中，可以將聲源放在車內(nèi)，設(shè)置合適的內(nèi)錐角度和外錐角度。

4 結(jié)束語

綜上所述，在分析列車駕駛模擬器聲音的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，將模擬駕駛器中的聲音分為3D立體聲和無方位聲音，采用XAudio2技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)聲音仿真。

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