音響解析とコンピュータグラフィックス - 日本音響エンジニアリング
技術部 鶴 秀生 1. はじめに 現在コンピューターを使用せずに、音響解析を行うことは特殊な場合を除いてほとんど不可能といっても過言でないでしょう。 コンピューターの使用法を大きく分けると、測定データを解析することとシミュレーション等の数値計算をすることに分類されます。 どちらの場合でもコンピューターで視覚的にデータを表示することは解析を進めるにあたって有効な手段となります。 また、視覚的にデータを表現する為のコンピューターグラフィックスのさまざまな手法は音響の数値シミュレーションを行う場合にも適用できる場合があります。 例えばコンピューターグラフィックスでのレイトレーシングや影の計算などのテクニックは、 建築音響や電気音響のシミュレーション等の計算に直接応用ができます。これは光も音もともに波動方程式に従うことに関係しています。 さらに、音の測定データを解析する場合にも、特に時間的に変動する音を解析する場合には、 周波数の時間変化等を表示する2次元以上のグラフィックが必要になります。 ここではコンピューターグラフィックスの簡単な説明と具体的な例を紹介します。 図1 虚像法による計算例 2. グラフィックス｜パソコン(PC)通販のマウスコンピューター【公式】. コンピューターグラフィックス コンピューターの低価格化と高速化とXWindowシステム等の標準化によって、 ワークステーションによるコンピューターグラフィックスが比較的容易に行えるようになってきました。 しかしながら実際にコンピューターグラフィックスを作成し、また動画化等を行うにあたっては、以下の問題点を解決する必要があります。 画像情報は大容量のメモリーを必要。 例えばテレビの1画面は640*500*3で約1メガバイト。 陰面処理、遠近法、レイトレーシング、シェーディングなどを行って、コンピューター画面を作成するのには多くの計算量とメモリーを必要 影の計算や図形どうしのブール代数等には複雑なアルゴリズムが必要 一般のテレビの画面の信号はNTSC方式(コンポジット信号) でXWindowなどのコンピューターの画面の信号はRGB方式でしかも走査線の数や解像度も違うのでビデオ等に記録する場合には信号を変換する必要 問題点 1. ~3. を解決する為の技術が実は音響解析にも応用できることがよくあります。 例えば大容量の画像情報の圧縮技術にFourier変換やWavelet変換などが応用されていて、 この情報圧縮の技術は音声の情報圧縮や特徴抽出にも応用が考えられています。 また以下の例で示すように問題点 2.
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音響計測とコンピューターグラフィック 騒音測定などの音響計測を行った結果をグラフィックによって表示することにより、 測定の内容を測定状況とともに記録に残すことができます。 図3に航空機騒音について、飛行コースの測定結果と騒音のシミュレーション結果を、地形データとともに示しています。 空間にある曲線は観測された飛行経路を表しており、曲線の色の変わり目が表示された時刻での航空機の位置です。 地上の地形のデータの上にシミュレーション計算での騒音レベルを上書きしています。 アルファーブレンド(色の透明度を用いた重ね合わせ、色付きガラスで風景を見るようなもの) という手法を使用しているので地形とレベルを同時に表示する事ができています。 この手法はコンピューターグラフィクスにおいて3原色フルカラーが使用できて初めて実用的に実現できます。 当社ではフルカラーのフレームメモリーを利用することによって比較的簡単に実現しています。 またこの図のシミュレーションではドップラー効果等も考慮して騒音の計算を行っています。 図3 航空機の飛行コース及び騒音分布 6. おわりに 以上のように音響解析とコンピューターグラフィックスは、密接に関連し、 互いに影響を与えながら発展していくことが予想されるため、当社でも重点的に取り組んで行く項目の一つとなっています。 またコンピューターグラフィックスのテクニックは他の分野に応用できることから、 グラフィックスソフトに関しても汎用のパッケージソフトに依存せず、できる限り自社開発を行っており、 音響解析だけでなく、各種の波動解析の応用に着手しています。 詳しい説明や数式は省いたのですが、興味のある方や詳細については是非当社技術部に問い合わせ下さい。
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コンピュータグラフィックス(CG) コンピュータグラフィックス(CG)とは、ゲームプログラミング等で用いられる、2次元のイラストや3次元空間における風景や3Dオブジェクトなどのこと、又はそれらを作製する技術そのもののことを指します。一般的には、コンピュータを用いて描かれた画像や図形は全てCGということとなります。 CGには2次元CG(2DCG)と3次元CG(3DCG)があります。2DCGはペイントソフトやグラフィックソフトで画面上にTIFやPNG、BMP等の画像、絵を描いたものです。3DCGは プログラム 上で物体の形やそれに対するカメラの位置と撮影角度、物体にあたる光の強度と向きなどを入力することで、 プログラム によって計算処理された結果を画像として出力( レンダリング)させる手法です。いずれも、コンピュータ上で使用する ソフトウェア の種類やスキルが重要です。
グラフィックスとは? グラフィックスは、GPU(Graphics Processing Unit)という映像処理を専門とする半導体チップを搭載し、ゲームや映像コンテンツなど、パソコンの映像に関する処理を受け持つ重要な拡張パーツです。グラフィックカード、グラフィックボード、ビデオカードとも呼ばれます。 パソコンに高性能のグラフィックスを搭載することで、4K動画の再生や3Dゲーム、高解像度の映像編集など幅広いシーンで快適にお楽しみいただくことができます。 グラフィックスを搭載するメリットは?