DirectX与VB.NET编程（四）3D音效理论篇

这次是3D音效理论篇。
作为DirectSound中最令人瞩目的一个组件，DirectSound3D（简称DS3D）被众多游戏厂商所推崇，其中最值得一提的是CS了，玩家之所以能通过声音判断敌人的位置，DS3D起到了至关重要的一步。下面就开始进入令人激动的DS3D！
DirectX与VB.NET编程（四）3D音效理论篇
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学习要点：
·了解向量、三维向量、DirectX的向量类和坐标系；
·了解声源、听众及处理模式；
·了解距离、最大距离及最小距离；
·了解多普勒效应、衰减效应和锥形效应。
·DS3D只能播放单声道声音。

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尽管DS3D向我们描述的是一个虚拟的三维空间，但是，我们还是需要使用一些手段来掌握它的规律，因此，我们首不可避免地需要使用一些名词概念，这一篇将完全讲述这些概念。看完这篇文章后你绝对会惊叹DS3D的鬼斧神工。（注：以下“√”代表根号）

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向量（Vector）：
假设在一个平面中有两个点，A和B，因此，我们可以用一个数学概念来表示A到B之间的位移过程，这个概念便被称作向量。向量拥有两个属性：长度和方向，长度即A与B之间的距离长度，方向即这个位移过程所面对的方向。每个向量都拥有一个值，这个值等于终点的左边减去起点的坐标，即向量AB=(Xb-Xa,Yb-Ya)，如果A的坐标为(2,2)，B的坐标为(3,3)，那么向量AB的值就是(1,1)。由此我们还可以推断向量的值与其位置无关。最后，向量的长度等于√(X*X+Y*Y)

三维向量：
三维向量就是在原向量的基础上加上Z轴，由平面向三维的拓展。同时，三维向量的值应表示为(X,Y,Z)，长度的表达式也变为√(X*X+Y*Y+Z*Z)

向量类：
DirectX提供了三个向量类：Vector2、Vector3和Vector4，分别代表二维向量、三维向量和四维向量，这些类都封装在Microsoft.DirectX名称空间中。

坐标系：
DirectX使用的是笛卡尔坐标系的左偏手性，因此，三维空间中的X轴与屏幕水平平行，大小顺序为左小右大；Y轴与屏幕垂直，外小内大；Z轴与屏幕垂直平行，上小下大。更形象的比喻是：你的计算机屏幕是一个平面，你屏幕的上边框就是X轴，左边框就是Z轴，你用一根手指戳进屏幕时，它就是Y轴。

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声源：
在现实世界中，我们称声音的起源体为声源，正是由于起源体，声音才得以产生、传播，并被听众听到。在DS3D的虚拟空间中一样，3D音效也是由这些声源产生的，声源具有两个主要属性，位置（Position）和速度（Velocity），而且它们都被归纳为Vecotr3，三维向量（虽然位置这个属性并非向量，但是它也有X、Y、Z三个属性，因此将其归纳为向量是为了方便程序的编写）。

听众（Listener）：
听众在DS3D中扮演的角色是声音捕捉者，也就是说，我们最后听到的声音效果实际上是听众这个虚拟物体所听到的声音，听众同样也具有位置和速度两个属性。 DirectX与VB.NET编程（四）3D音效理论篇

处理模式（Mode）：
DS3D处理声音的模式有3种：Normal、Head-relative和Disabled。
Disabled：屏蔽模式，在这种模式下，声源的位置和方向将完全不影响声音效果，这时声音听起来和没有使用3D音效一样，这种模式适合旁白或者源自听众自己的声音。
Normal：普通模式，在这种模式下，声源的方向将不影响声音效果，这种模式适合爆炸等全方位的声音扩散。
Head-relative：方向模式，在这种模式下，声源的方向和速度都将影响到音效，真正的3D音效即这种模式。
处理模式是声源的属性。

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距离（Distance）：
我们称声源与听众之间的线段长度为距离。根据物理规律，听众听到的音量与距离之间应该成反比例函数关系，即距离越长，音量则越小。

最大距离（Max Distance）：
我们知道，声源与听众之间距离越长，听众听到的声音便越小。当声源与听众之间的距离足够远时，远到听众无法声源发出的声音，也就是音量小到可以忽略不计时，我们便可以放弃它们，也就是说当距离到达足够远时，声音太小的音效将不会被播放了，以节省系统资源，除非它们之间的重新距离缩短，听众可以听到声音时，才会被再次播放。这里面所指的足够远就是最大距离。最大距离是声源的属性。

最小距离（Min Distance）：
同样道理，当距离越短时，声源的音量会不断提高，如果距离足够近甚至重逢时，声音的分贝将远远超出音箱所能播出的范围，因此这里引进了最小距离的概念，用户设定最小距离后，如果距离小于最小距离时，那么音量还是按最小距离计算，这样实际上是间接设置了一个音量上限。最小距离是声源的属性。

关于最大距离和最小距离您可以参照图1，这样可能会帮助您理解。

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多普勒效应（Doppler Factor）：
多普勒效应是物理学中的经典理论，由克里斯丁·多普勒于1842年提出。多普勒效应讲述当声源与听众之间的距离在不断缩小时，那么听众听到的声音的频率将不断变高；反之，如果距离扩大，则频率会减低。当然，用户不必知道这其中原理，只需要设置频率的改变强度——多普勒因子就可以了。多普勒效应是听众的属性。

衰减效应（Rolloff Factor）：
声音在介质中传播，必将受到阻力的干扰，阻力会使声音出现衰减现象，即声音强度不断减低，直至被忽略。我们可以通过衰减因子来设定虚拟空间中的阻力强度，例如水中的衰减因子与空气中的不同，这样，我们就可以更加真实地模拟出空间场景了。衰减效应是听众的属性。

锥形效应（Cone Factor）：
如果用户设置了声源，而且这个声源拥有方向，那么，这个声音会对其指定方向（Cone Orientation）的锥形范围形成声音辐射。声音锥分内锥与外锥，内锥有一个内锥角（Inside Cone Angle），外锥则有外锥角（Outside Cone Angle）这与最大距离和最小距离是同样道理的，在内锥中听到的声音是最大音量，在内锥与外锥之间声音由锥外声音（Cone Outside Volume）。 过渡到最大音量，而外锥的声音将永远是锥外声音。 锥形效应请参考图2。

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最后需要注意的是：DS3D只能播放单声道的声音！

好了，理论知识准备完毕，下一次开始实践