臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
在要求高感官的多媒體技術下，「虛擬實境」(Virtual Reality，VR)[3]的開發，已成為這幾年相當熱門的技術。所謂「虛擬實境」就是利用電腦產生虛擬的三度空間，在這樣的空間裡，自然有所謂的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺的感受，使得人們身置此環境中，就如同在真實的世界裡一樣，人類的視覺系統裡，有一個對外界立體事物的方位和空間認知，使視覺在人類生活中，成為主要接收的訊息的器官。
我們所要研究的主題是，如何使視覺系統和聽覺系統達成一致的方向感，使人類的大腦可以很清楚的了解發生位置、距離。在這個技術所要研究的是以「頭部轉移函數」（Head Related Transfer function，HRTF）[1]來完成。
在我們現在的系統處理當中，要求即時達成所要的目標，因此HRTF就必須包含振幅的大小、振幅的衰淢、時間的延遲、及左右耳的時間差這些轉換，在本篇的論文裡，我們使用一般的Wave檔來和HRTF作轉換，輸出的結果是CD品質的規格（44kHz、16 Bits、Stereo）的Wave檔，當中技術是利用HRTF和輸入的來源波形檔作時間軸上的「Convolution」，所用的資料為整數型態的波形，這樣的作法能使電腦衍算的速度加快，利用輸出的聲音，再加上Direct 3D[9]所呈現出來的畫面，相信能使得效果更為出色。

Abstract
Recently we need the 3D sound technologies to build the「Virtual Reality ,VR」[3]for desktop computers. The VR technologies use a computer to produce the virtual 3D space. This space looks like the real world. So we can feel all the senses in that virtual world. For humans, eyes are the important organ to give us the feeling of direction and distance.
The main subject we want to research is, to make the transmission of the sound andthe sight simultaneously in our brain, then human brain can clearly knows where the events occur. For this purpose ,we use the「Head Related Transfer Function,HRTF」[1] to achieve the main goal.
In current process, it’s require to execute the amplitude of waveform, a amount of decay, delay time and inter aural difference of the HRTF process in real time. A new results can be obtained by applying the wave files of the HRTF. The sound quality of our result are as good as the CD (44kHz、16 bits、stereo). The key point of this technology is to use the HRTF to convolute with the input source files. To increase speed of the algorithm, we use integer variables to evaluate the convolution operation in our program. To demonstrate the result, we add the 3D animation in our program.So we can feel the movement of sound source more real by the combination of the images and sound.

中文摘要 ------------------------ Ⅰ
英文摘要 ------------------------ Ⅱ
表目錄 -------------------------- Ⅵ
圖目錄 -------------------------- Ⅶ
第一章緒論 ------------------- 1
1.1節引言 ------------------- 1
1.2節研究動機 --------------- 2
1.3節章節概要 --------------- 4
第二章3D音效原理 ------------- 6
2.1節 聽覺構要素 -------- 6
2.2節 辨位構成要素 ------ 7
2.3節 音源相關理論 ------ 9
第三章 HRTF的求得與應用 - 14
3.1節 求得HRTF --------- 14
3.2節 測量原理 --------- 18
3.3節 HRTF Database來源介紹 - 19
3.3.1 M.I.T. 的HRTF Database - 19
3.3.2 Wisconsin大學的HRTF Database - 23
第四章 程式設計與分析 --- 25
4.1節 動態連結檔 ------- 25
4.2節 C語言程式設計說明 -29
4.2.1 程式的規畫 ------------- 30
4.2.2 Wave檔案的讀取 --------- 30
4.2.3 兩個Wave檔的迴旋積分 --- 35
4.2.4 正規化 ----------------- 38
4.2.5 存放結果 --------------- 39
4.3節JAVA程式寫作 ---------- 39
4.3.1 類別(class)的製作 ------ 40
4.3.2 聲音方向性的轉換 ------- 42
第五章 Direct 3D測試環境與評估 - 47
5.1節 Directx成像架構 --- 48
5.2節 DirectDraw之概觀 -- 48
5.3節 Direct 3D之架構 --- 51
5.3.1 H.A.L. (Hardware Abstract Layer) -- 52
5.3.2 H.E.L. (Hardware Emulation Layer) - 52
5.3.3 HAL與HEL兩者的關係 ----- 53
5.4節　　　COM模組的計設觀念 - 53
5.5節 成像模式挑選 -------- 55
5.5.1 保留模式 --------------- 55
5.5.2 即時模式 --------------- 56
5.6節 程式實作 ------------ 58
5.7節 聲音與影像同步 ------ 61
5.8節 節評估測試結果 ------ 64
第六章 結論與未來改進方向 - 65
參考資料 ----------------------- 68

[1] B. Gardner and K. Martin ,HRTF Measurement of a KEMER Dummy-Head Microphone ,MIT Media Lab ,1994[2] Fred Wightman and Doris Kistler University of Wisconsin-Madison , HRTF Database[3] 3D Working Group of the Interactive Audio Special Interest Group , “3D Audio Rendering and Evaluation Guidelines Version 1.0”,June 9, 1998 [4] 3D Working Group of the Interactive Audio Special Interest Group , “3D Audio Rendering and Evaluation Guidelines Level 2.0” ,June 9, 1998[5] Gary Kendall, ”3D Sound Primer”[6] William G. Gardner, ”3D Audio and Acoustic Environment Modeling”, March 15, 1999 [8] William G. Gardner, “Head Tracked 3D Audio Using LoudSpeakers”[7] Richard O. Duda San Jose State University, ”3-D Audio for HCI”, 1996[8] Felipe and Jose, “Prediction and Measurement of Acoustic Crosstalk Cancellation Robustness” [9] The Microsoft DirectX 6.1[10] Microsoft SDK for Java Version 4.0[11] 劉昌偉 台灣大學 ,以電腦研究三度空間之聽覺聲學 ,1997[12] 徐正欣 與 黃科森 ,深入淺出Direct 3D , 1998年, 四月[13] Ivor Horton’s著 蔡明志 譯 ,Visual C++ 教學手冊 ,1999[14] Charles A. Wood 著 林子揚 譯 ,Visual J++ 程式設計 ,1997[15] DigiTrend 4 秋季號 ,2000[16]劃時代的音效技術 「聽音辨位」, http://www.mediatek.com.tw/[17]HRTF 3D 定位音效技術探討 , http://www.cmedia.com.tw/