Ambisonics beamtracer implementation for 3D real time virtual acoustic soundfield rendering

Systems for Virtual Reality (VR) are becoming increasingly relevant in a wide range of gaming applications. Such systems generally consist of audio and video devices, which aim at providing the user with a realistic perception of a three-dimensional virtual environment. Thanks to the modern Three-dimensional Audio (3DA) techniques, such as Ambisonics Sourround Sound based on the concept of spherical harmonics sound “sampling”, and to a fast beam tracer algorithm, which allows to simulate the real sound wave propagation, a faithful real-time reconstruction and playback of the virtual acoustic soundfield is possible. The real-time algorithms development aims to make inaudible the delay between an action in the VR environment and the consequent updating of the system output signals. The intent of this thesis has been to develop a real-time interacting application for the reconstruction of a virtual three-dimensional environment soundfield and its reproduction management on a multichannel system, through a 3-th order Ambisonics technique. The user interacts with the application like in a first-person video game, moving himself through the virtual environment and listening the instant system sound response.

I sistemi per la Realtà Virtuale (RV) stanno diventando sempre più rilevanti nel mondo dei videogiochi. Tali sistemi sono generalmente costituiti da dispositivi audio e video, che mirano a fornire all’utente una percezione realistica di un ambiente virtuale tridimensionale. Grazie alle moderne tecniche di renderizzazione dell’audio tridimensionale (3DA) come Ambisonics Sourround Sound, basato sul concetto di campionamento spaziale del campo suono in armoniche sferiche, e ad un veloce algoritmo di beam tracing, che permette di ricreare la reale propagazione dell’onda sonora, è possibile effettuare la ricostruzione real-time del campo acustico virtuale e la sua riproduzione. Lo sviluppo di algoritmi real-time mira a rendere impercettibile il ritardo tra un’azione nell’ambiente virtuale e il conseguente aggiornamento dei segnali in output dal sistema. Lo scopo di questa tesi è stato lo sviluppo di un’applicazione real-time interattiva per la ricostruzione del campo acustico di un ambiente tridimensionale virtuale e la gestione della sua riproduzione su un sistema multicanale, attraverso la tecnica Ambisonics di terzo ordine. L’utente interagisce con l’applicazione come in un videogioco in prima persona, muovendosi all’interno di un ambiente virtuale e ascoltando la risposta sonora istantanea del sistema.