面向沉浸式CAVE空间的声场动态聚焦方法及系统与流程

本发明涉及空间音频处理，特别是指面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法及系统。

背景技术：

1、在沉浸式cave空间中，为实现逼真的听音体验，通常采用基于波场合成的多通道扬声器阵列进行声场重建，当虚拟声源在非对称座舱内移动、尤其是声波跨越控制台等几何边缘时，现有方法面临一个突出的技术障碍：

2、声波在几何边缘处发生衍射时，现有声场渲染算法无法准确捕获并补偿相位沿边缘曲面的非线性跌落过程，具体而言，传统方法通常将cave空间内的声传播简化为自由场模型或采用统一的衍射系数，未能对虚拟声源逼近边缘时的动态相位变化进行精细化建模，当声源运动轨迹经过控制台倒角边缘时，声波波前与三维曲面网格的交线会产生等效衍射线声源，其相位分布在边缘附近呈现急剧的非连续跳变；而现有技术缺乏针对这种边缘逼近速率-相位跌落比率的联合判别机制，导致在该区域扬声器阵列的延时参数仍沿用平滑过渡插值，造成跨越控制台边缘时的声像定位漂移、声场聚焦模糊，严重影响非对称cave空间内的沉浸感和声源定位精度。

技术实现思路

1、本发明提供了面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法及系统，提升cave空间的声像定位精度和听音沉浸感。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、第一方面，面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，所述方法包括：

4、步骤1，获取虚拟声源在非对称座舱内的移动轨迹，根据采样点三维坐标与时间戳得到声源时空序列；

5、步骤2，根据声源时空序列，计算相邻采样点间坐标偏移量在倒角法线方向的投影长度与帧间时间差的比值，得到边缘逼近速率序列；

6、步骤3，根据边缘逼近速率序列与声压相位分布，计算相邻采样点间声压相位差值与投影长度的比值，得到相位沿程跌落比率场；

7、步骤4，根据相位沿程跌落比率场，提取逼近速率大于预设阈值且跌落比率超过倒角曲率相干阈值的采样点，得到相位跳变临界点集合；

8、步骤5，根据临界点集合获取倒角三维表面网格，以临界点声源位置构建虚拟波前平面，提取虚拟波前平面与网格各三角形面片的交线，得到等效衍射线声源坐标序列；

9、步骤6，根据等效衍射线声源坐标序列，计算等效衍射线声源坐标序列，到移动轨迹对应采样点的空间距离，将空间距离小于衍射耦合阈值的采样点区段标记为衍射干涉区段，得到轨迹分区结果；

10、步骤7，根据轨迹分区结果，在衍射干涉区段内根据逼近速率计算帧间时间差，以时间差为权重对声压相位差值逐段叠加，得到相位补偿累加量；

11、步骤8，根据相位补偿累加量调整投影墙面多通道扬声器阵列各单元延时参数，得到跨越控制台边缘的动态聚焦声场。

12、第二方面，面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦系统，包括：

13、轨迹获取模块，用于获取虚拟声源在非对称座舱内的移动轨迹，根据采样点三维坐标与时间戳得到声源时空序列；

14、边缘逼近速率计算模块，用于根据声源时空序列，计算相邻采样点间坐标偏移量在倒角法线方向的投影长度与帧间时间差的比值，得到边缘逼近速率序列；

15、相位沿程跌落比率场计算模块，用于根据边缘逼近速率序列与声压相位分布，计算相邻采样点间声压相位差值与投影长度的比值，得到相位沿程跌落比率场；

16、相位跳变临界点提取模块，用于根据相位沿程跌落比率场，提取逼近速率大于预设阈值且跌落比率超过倒角曲率相干阈值的采样点，得到相位跳变临界点集合；

17、等效衍射线声源提取模块，用于根据临界点集合获取倒角三维表面网格，以临界点声源位置构建虚拟波前平面，提取虚拟波前平面与网格各三角形面片的交线，得到等效衍射线声源坐标序列；

18、衍射干涉区段标记模块，用于根据等效衍射线声源坐标序列，计算等效衍射线声源坐标序列，到移动轨迹对应采样点的空间距离，将空间距离小于衍射耦合阈值的采样点区段标记为衍射干涉区段，得到轨迹分区结果；

19、相位补偿累加量计算模块，用于根据轨迹分区结果，在衍射干涉区段内根据逼近速率计算帧间时间差，以时间差为权重对声压相位差值逐段叠加，得到相位补偿累加量；

20、延时参数调整模块，用于根据相位补偿累加量调整投影墙面多通道扬声器阵列各单元延时参数，得到跨越控制台边缘的动态聚焦声场。

21、本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

22、通过边缘逼近速率和相位沿程跌落比率的双阈值联合判别，能够精确提取声波跨越倒角边缘时的相位跳变临界点集合；在此基础上，基于倒角三维表面网格构建虚拟波前平面并提取等效衍射线声源，实现了对衍射干涉区段的自动识别与分区。在衍射干涉区段内，以逼近速率加权的帧间相位补偿累加量驱动多通道扬声器阵列延时参数的动态调整，有效消除了声波跨越控制台边缘时的相位不连续问题，使虚拟声源在非对称座舱内的移动轨迹全程保持稳定的动态聚焦声场，提升cave空间的声像定位精度和听音沉浸感。

1.面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据边缘逼近速率序列与声压相位分布，计算相邻采样点间声压相位差值与投影长度的比值，得到相位沿程跌落比率场，包括：

3.根据权利要求2所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据相位沿程跌落比率场，提取逼近速率大于预设阈值且跌落比率超过倒角曲率相干阈值的采样点，得到相位跳变临界点集合，包括：

4.根据权利要求3所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据临界点集合获取倒角三维表面网格，以临界点声源位置构建虚拟波前平面，提取虚拟波前平面与网格各三角形面片的交线，得到等效衍射线声源坐标序列，包括：

5.根据权利要求4所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据倒角几何面片集合与相位跳变临界点集合，提取各临界点处的声源空间坐标及倒角局部法向量，构建过临界点且以局部法向量为法向的虚拟波前平面，得到临界点波前平面集合，以在声波跨越倒角边缘的特定曲率区间内波前等相面发生空间扭曲时，通过贴合实际物理波前的平面准确定位衍射起始线，包括：

6.根据权利要求5所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据临界点波前平面集合，遍历倒角几何面片集合中的每一个三角形面片，计算虚拟波前平面与三角形面片的空间交线，得到面片级衍射交线段集合，以在非对称倒角的三维几何约束下，将连续的波前降维为符合边缘衍射理论的线声源，包括：

7.根据权利要求6所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据等效衍射线声源坐标序列，计算等效衍射线声源坐标序列，到移动轨迹对应采样点的空间距离，将空间距离小于衍射耦合阈值的采样点区段标记为衍射干涉区段，得到轨迹分区结果，包括：

8.根据权利要求7所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据轨迹分区结果，在衍射干涉区段内根据逼近速率计算帧间时间差，以时间差为权重对声压相位差值逐段叠加，得到相位补偿累加量，包括：

9.根据权利要求8所述的面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦方法，其特征在于，根据相位补偿累加量调整投影墙面多通道扬声器阵列各单元延时参数，得到跨越控制台边缘的动态聚焦声场，包括：

10.面向沉浸式cave空间的声场动态聚焦系统，该系统实现如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，包括：