что такое eax в играх
Отраженный звук. Технология объемного звучания ЕАХ
На сегодняшний день существует несколько технологий трехмерного звучания. Все они, так или иначе, созданы затем, чтобы помочь игрокам поверить в реальность происходящего на экране. Наибольшее распространение получили A3D (Aureal 3-Dimensional) фирмы Aureal Semiconductor, Sensaura от одноименной компании, QSound, продвигаемая компанией Philips, и некоторые другие.
Кто же додумался первым?
Компания Creative представила стандарт объемного звука ЕАХ (Environmental Audio eXtensions) еще в 1998 году. В процессе разработки специалисты опирались на результаты исследований, проведенных Джоном Чоунингом в Стэнфордском университете в конце семидесятых годов. Учитывался также опыт компании E-mu Systems, которая четверть века обеспечивала звуковым оборудованием голливудские киностудии и в марте 1993 года перешла под крыло Creative.
 |
| Звуковая карта Creative Sound Blaster Live! первой позволила игрокам ощутить себя непосредственно в игре. |
Игровая индустрия перешагнула важный рубеж — новый стандарт дал разработчикам возможность заметно повысить реалистичность игр, передавая слушателю более информативную звуковую картину. В 1999 году на свет появилась первая серия звуковых карт Sound Blaster Live! с поддержкой ЕАХ. Технология позволила создать эффект объемного звучания с учетом специфики виртуального пространства, где происходит действие игры и где размещены источники звука.
Звуковая среда виртуального мира в EAX формируется путем моделирования отражения звуков и реверберации.
Это термин: реверберацией называют звук, сохраняющийся после выключения источника звука. Он вызван тем, что отраженные или рассеянные звуковые волны попадают в ухо слушателя с некоторой задержкой.
Специально разработанный звуковой процессор EMU10K1 раскладывает любой из восьми звуковых потоков на множество каналов, после чего на каждый канал накладывает реверберацию. Таким образом, технология позволяла учесть и воспроизвести разницу в звучании речи или музыки, к примеру, при переходе из большого ангара в узкий коридор.
Первые версии ЕАХ
Помимо создания звуковой окружающей среды первая версия EAX была способна усиливать восприятие расстояния до различных источников звука. Как только менялось расстояние от слушателя до каждого источника звука, интерфейс автоматически подстраивал индивидуальные параметры реверберации.
Через полгода после того как Creative представила свою новую разработку, поддержка ЕАХ появилась в восемнадцати играх. Кроме того, появилась возможность добавить эффекты звука окружающей среды в самые популярные старые игры с помощью так называемых «presets» — предварительно заданных установок, соответствующих акустическим условиям различных помещений.
Первая версия ЕАХ была достаточно примитивной (в ней насчитывалось 26 предустановок для различных видов среды, три пользовательских параметра, один параметр для настройки источников звука), но обеспечивала реалистичность звучания, в отличие от технологии A3D (Aureal 3-Dimensional), которая рассчитывала лишь отражение звуковых волн. Небывалой популярности ЕАХ способствовала и ее общедоступность — любой разработчик звуковых карт мог реализовать поддержку этого стандарта на программном уровне.
Одной из первых игр с поддержкой ЕАХ 1.0 стала Unreal. Технология объемного звучания при моделировании фоновых шумов (звуков водопада, криков птиц) позволила создать в этой игре иллюзию присутствия. Игроки по достоинству оценили возросший реализм, погрузившись в звуковую атмосферу игры. Пользователи стали гораздо лучше ориентироваться в игровой ситуации: по слуху они могли точно определить, откуда запущена ракета, где засел монстр, и вовремя обнаружить опасность, услышав шаги у себя за спиной.
В следующей версии технологии Creative учла все, чего недоставало ЕАХ 1.0, и добавила больше возможностей для управления акустикой игрового пространства. Количество звуковых потоков увеличилось до 32, параметров для пользовательских настроек стало четырнадцать, а параметров для настройки источников звука — тринадцать. Если первая версия стандарта позволяла оперировать только статичными эффектами, то в ЕАХ 2.0 добавилась динамика. Теперь программисты могли рассчитывать поглощение звука воздухом, изменять размеры помещения, а также управлять параметрами ранних и поздних отраженных звуков, создавая реалистичные модели как улиц и дворов, так и узких коридоров и маленьких комнатушек. Кроме того, больше не требовалось полного геометрического описания пространства для моделирования его акустической среды.
Заметно улучшить ощущения от игр удалось благодаря появлению эффектов окклюзий и обструкций. Используя свойства окклюзий, можно имитировать звуки, прошедшие через преграды разной толщины из разных материалов — дерева, стекла или бетона. К примеру, если источник звука расположен за пределами помещения, а виртуальный персонаж находится внутри дома или комнаты, игрок будет слышать шумы и голоса такими, какими они были бы, если бы действительно звучали из-за двери. Эффект обструкций дает возможность моделировать звуки, поглощенные препятствием, то есть у слушателя создается впечатление, что он и источник звука пребывают в одном помещении, но их разделяет некая преграда.
Один из известнейших примеров игр, где использовался стандарт EAX 2.0, — Newerwinter Nights.
Компания Creative обеспечивает поддержкой стандарта ЕАХ свои цифровые плееры Creative NOMAD и Creative Zen. Как правило, эти устройства располагают всеми необходимыми функциями — они снабжены различными реверберационными эффектами, эффектами окружения, масштабирования во времени, простым графическим эквалайзером, а также позволяют управлять скоростью воспроизведения музыки. Плееры также автоматически сглаживают различия в громкости звука композиций и адаптируют громкость звучания песен к условиям окружающей среды. К примеру, в шумных местах — в салоне самолета или автомобиля — пользователь сможет услышать самые тихие музыкальные пассажи, а глубокой ночью плеер сам приглушит наиболее громкие фрагменты.
EAX Advanced HD
Останавливаться на достигнутом Creative не стала, и уже в конце 2001 года вместе с новой звуковой картой Audigy была представлена усовершенствованная версия ЕАХ. Вопреки обыкновению, ей был присвоен не порядковый номер, а название EAX Advanced HD, где аббревиатура HD расшифровывается как High Definition (высокая четкость). Отныне все последующие версии стандарта будут называться именно так. В этом продукте компания реализовала множество революционных новшеств: позволила оперировать 64 звуковыми потоками, обеспечила восемнадцать параметров для настройки звуковых источников, в том числе эффекты местного и изолированного отражения звука. Появились инструменты, с помощью которых можно имитировать приближение или удаление смежных пространств, отличных по акустическим свойствам от комнаты со слушателем.
Разработчики устранили и недостаток, присущий обеим предшественницам третьей версии ЕАХ. Прежде акустические условия при переходе из одного помещения в другое менялись мгновенно, что нарушало реалистичность игры. К примеру, пользователи, играющие в Unreal, жаловались, что резкое изменение параметров окружения при выходе персонажа из тоннеля на улицу просто «било по ушам». Чтобы избежать резких переходов между звуковыми сценами, EAX Advanced HD была снабжена функцией так называемого «морфинга», позволяющего моделировать плавное перемещение игрока между окружающими средами с разными акустическими свойствами. С помощью функции Environment Panning можно имитировать приближение или удаление смежных пространств, отличающихся по акустическим свойствам от того, в котором находится слушатель.
 |
| Звук в Call of Duty позволяет по слуху ориентироваться на поле сражения. |
Был также добавлен эффект эксклюзий, позволяющий воспроизводить звуки, попадающие в дом через открытое окно или дверь. Например, пока слушатель видит водопад, прямой звук передается в неизменном виде, но, как только источник исчезает из поля зрения, звуковые отражения искажаются, и звук падающей воды становится тише. Более выразительных пространственных эффектов удалось добиться благодаря средствам контроля ранних ревербераций и отражений для каждого источника звука. А инструменты частотной фильтрации отраженного звука дали возможность делать акустику открытых пространств более правдоподобной. Была улучшена еще и дистанционная модель для автоматического управления реверберацией и начальными отражениями в зависимости от положения источников звука относительно персонажа.
Игроки также по достоинству оценили реализацию ЕАХ в игре MYST V: End of Ages. Включение этого режима даже при наличии двух колонок позволяло получать ощущение объемного звучания. Теперь игрок мог легко определять, стоит его персонаж к собеседнику лицом или спиной, может ли чувствовать размеры и характер комнаты или местности.
В марте 2003 года свет увидела четвертая версия объемного звучания EAX. В ее состав были включены одиннадцать звуковых эффектов студийного качества — «хор», «флэнжер», «эквалайзер», «частотный сдвиг», «эхо» и другие, открывающие бесконечные возможности перед разработчиками игр.
Наиболее значимым новшеством EAX Advanced HD 4.0 стала поддержка многопространственности. Если раньше можно было моделировать акустические условия только в том помещении, где находится слушатель, то теперь появилась возможность имитировать звуковое пространство в четырех смежных помещениях одновременно. В результате звук от каждого источника распространяется как по своему окружению, так и по окружению слушателя. К примеру, если персонаж находился в коридоре под обстрелом врагов, засевших в пещере, то он слышал и звук выстрелов, и эхо в убежище неприятеля. Вторым важным нововведением для разработчиков игр стала возможность использовать целый ряд аппаратных эффектов в реальном времени.
Одним из известнейших примеров применения EAX Advanced HD 4.0 стала игра Doom 3. Поскольку узкие коридоры корпорации UAC, где разворачивается сюжет, погружены в полумрак и многие битвы происходят в кромешной тьме, игроку ничего не остается, как ориентироваться по звукам. Если раньше звук в играх id Software был делом второстепенным, то теперь программисты постарались на славу: шаги, хрипы, лязги, свисты, выстрелы и взрывы звучат как настоящие. В помещениях слышны далекие крики истязаемых монстрами жертв и шепот, доносящийся из ниоткуда.
Звуковое оформление в этом формате можно услышать, к примеру, в Quake IV. Разработчики позаботились даже о том, чтобы игрок отчетливо различал свист разрезаемого вентилятором воздуха, шипение пара, вырывающегося из пробитой пулей трубы, и треск искрящегося провода.
EAX Advanced HD 5.0 поддерживается и в Battlefield 2. Игроки вряд ли останутся равнодушными, испытав подлинное ощущение присутствия на поле боя. Гул истребителей и шум вертолетных винтов звучат совсем по-настоящему и идеально дополняют графику.
Основным конкурентом технологии объемного звучания ЕАХ до 2001 года был стандарт A3D (Aureal 3-Dimensional). Специалисты фирмы Aureal Semiconductor в течение десяти лет трудились над созданием трехмерного позиционируемого звука на двух акустических системах. Работы проводились по заказу NASA. В 1996 году технология A3D была анонсирована, в январе 1997 года запатентована, а в ноябре того же года представлена публике. Сразу после выхода A3D получила широкую поддержку разработчиков, но прожил этот закрытый стандарт совсем недолго. В середине 2000 года компания Aureal объявила о банкротстве и в 2001 году прекратила свое существование. Все ее патенты и прочую интеллектуальную собственность выкупила Creative. На этом история технологии A3D завершилась, ее место занял стандарт ЕАХ, в новых версиях которого используются среди прочего и наработки Aureal.
Подводя итог
Поддержкой технологии объемного звучания EAX снабжены такие игры, как EverQuest, Grand Theft Auto III, Halo: Combat Evolved, Need for Speed III: Hot Pursuit, SimCity 3000, Star Wars Battlefront, Vietcong, WarCraft III: Reign of Chaos, Aliens vs. Predator, Blood II: The Chosen, Deus-Ex, Diablo II, Dungeon Keeper II, Final Fantasy VIII, Hitman, MDK2, Prince of Persia: The Sands of Time, Red Faction, Resident Evil 2, Serious Sam, The Lord of the Rings. В общей сложности их около 400. Разумеется, чтобы оценить все преимущества технологии объемного звука, потребуется звуковая карта с поддержкой ЕАХ.
Слезы олдфага. Сравнение EAX vs 7.1 virtual sound в видеоиграх
Изначально этот материал должен был стать лишь небольшим дополнением к гайду по активации технологии EAX и восстановлению классических звуковых фишек в современных системах на базе Windows, но благодаря спору перерос в нечто большее. Сегодня мы познакомимся с универсальным методом возвращения качественного звука, а также на реальном примере сравним EAX и виртуальный 7.1 канальный звук в видеоиграх.
Внимание!
Гайд рассчитан на уверенного пользователя и автор не несёт никакой ответственности, если вы что-то сломаете. Все выполняемые действия лишь на вашей совести.
Содержание
Тестовый стенд
Прежде чем начать
Мне хочется исправить оплошность, которую я допустил в предыдущем материале, ибо из-за не универсальности предыдущего метода, основанного на использовании утилиты ALchemy, у некоторых пользователей могли возникнуть проблемы или вообще ничего не заработать. Новый способ активации технологии EAX основан уже на бесплатном и открытом проекте Dsoal, который реализует интерфейсы DirectSound, транслируя вызовы в OpenAL, и обманывая игры, заставляя их думать, что у нас звуковое устройство с аппаратным ускорением и поддержкой EAX. Для активации технологии достаточно выполнить несколько шагов.
Мы получаем возможность на новейших операционных системах задействовать не только технологию EAX с некоторыми фишками, но и переложить часть вычислений с процессора на чип звуковой карты, даже если звуковое устройство изначально не было рассчитано на применение технологии, а звук был указан для программной обработки. Dsoal сам определит, есть ли аппаратная поддержка технологии и что задействовать для воспроизведения и ускорения. Выполним тестовый прогон в игре Fallout: New Vegas c Dsoal и без.
Максимальный FPS отчётливо сигнализирует, что процессору приходится туго при программной обработке качественной реверберации с множеством источников звучания, несмотря на возросшие мощности современных CPU. Всё дело в том, что процессору приходится обрабатывать команды отличные от привычного x86-кода, ибо как современные видеокарты сейчас справляют с рендером лучше процессоров, то по тому же принципу и аудиочипы более приспособлены к обработке реверберации (просчёта отражения) звука. Такое влияние на производительность уже признала компания Microsoft и вернула поддержку обработки звука DSP-процессорами в Windows 8.1-10, а также компания Sony, которая добавила в свою приставку PlayStation 5 отдельный звуковой чип для обработки 3D-звука.
Сравнение EAX vs virtual 7.1
Многие утверждают будто современные методы программной обработки звучат намного лучше устаревшего EAX, который мог задействовать особенности железа. Давайте сравним это утверждение на практике, благо мой Realtek ALC887 способен ускорять EAX 1.0-2.0 на уровне железа.
Для проведения теста были выбраны игры: F.E.A.R, The Witcher 1, S.T.A.L.K.E.R: Тень Чернобыля.
F.E.A.R
Несмотря на сжатие ютуба, возможно, лучшая демонстрация разницы, ибо не знаю как вам, но я со своими Bloody G528С отчётливо слышу всю боль virtual sound 7.1. Моменты перестрелок, по сравнению с EAX, слышны очень плоско, а автоматы звучат так, будто огонь ведут с 100% копии одинакового орудия. Под конец перестрелки звучание вообще сливается в мешанину, которую больно слушать. В общем, virtual sound 7.1 превратил всё в мешанину, а EAX выдал весьма объёмный звук (особенно заметно с коробками) и понятное позиционирование, что не может не радовать. 1: 0 в пользу EAX.
The Witcher 1
Технология EAX скорее была добавлена для галочки, потому как понятно, что ролевая игра не шутер, но и в ней можно заметить некоторую разницу в звучании. В основном эффект от работы технологии EAX заметен в дождливую погоду и на разной малой живности. Хотя Virtual sound 7.1 не смешал всё в однотонную мешанину, но звук так и остался плоским. 2:0 в пользу EAX.
S.T.A.L.K.E.R: Тень Чернобыля
Беру свои слова о лучшей демонстрации в F.E.A.R назад. Вы только послушайте, как звучат выстрелы, а какой сочный звук.
Конечно, если в бункере при разговоре с Сидоровичем разницы почти нет, потому как мы стоит прямо к источнику звука, то выйдя на поверхность, мы получаем настоящую живую ЗОНУ. Virtual sound 7.1 плоская деревяшка…
3:0 в пользу EAX.
Новые игры
Как я уже писал ранее, звуковые движки многих новых проектов могут иметь скрытую поддержку EAX и просто ждут, пока вы её активируете. Если же игра не поддерживает технологию, то вы всё равно сможете заметить некоторое улучшение в звучании при использовании библиотеке Dsoal, а возможность снять лишнюю нагрузку с процессора станет отличным бонусом для любителей соревновательных игр.
Итоги
Не думал, что дополнение перерастёт в целый материал, но Dsoal и вправду отличная магия, которая позволяет вернуться во времена качественного хардварного звука и насладиться тем, что казалось, ушло навсегда. Используйте, получайте удовольствие и не позволяйте компаниям мешать вашему игровому опыту!
Видеоверсия
Улучшаем звук в играх и возвращаем EAX
Если вам кажется, что звук в современных видеоиграх ужасен и сильно отличается от того, который вы когда-то слышали во времена Windows XP, то, возможно, вам вовсе не кажется и синдром утёнка здесь ни причём. В этом материале мы постараемся разобраться, куда пропал один из важнейших аспектов влияющих на погружение, а также постараемся исправить всё то, что компания Microsoft успела натворить в плане ухудшения звука за 15 лет.
Внимание!
Гайд рассчитан на уверенного пользователя и автор не несёт никакой ответственности, если вы что-то сломаете. Все выполняемые действия лишь на вашей совести.
Содержание
В чём проблема современного звука
Когда-то звук был одним из важнейших аспектов, влияющих на погружение в играх, но современные способы вывод звука сильно отличаются от того, что когда-то считалось незыблемой нормой. Если во времена Windows XP звуковой поток передавался напрямую к аппаратной части через интерфейсы с низкой задержкой, то начиная с Windows Vista ситуация приняла печальный оборот и качество звуковых эффектов начало отходить на второй план. Компания Microsoft, под предлогом обеспечения лучшей совместимости и удешевления консолей, переработала привычную схему вывода звука и добавила весьма длинную цепочку программных вмешательств.
Такие изменения в звуковой подсистеме небыли вынужденными, ибо проблемы с микшером или принудительным изменением всего до 48 кГц не были критичными и спокойно исправлялись в пару кликов пользователем или производителями звуковых карт. Все изменения были лишь желанием Microsoft, которое привело к потерям многих звуковых эффектов (EAX), задержкам, искажениям и смерти рынка игровых звуковых карт. Мы получили реальность, где разработчики просто забили на качественный хардварный звук и переложили всю обработку на программную часть ресурсами процессора, превратив звук в плоское подобие прекрасного, а также лишив множество игр былого шарма.
Что мы потеряли
Одной из важнейших потерь, о которой всё ещё плачут геймеры за 30, является технология EAX. Чтобы не быть многословным и не грузить вас лишней информацией, здесь стоит лишь отметить, что технология EAX работала по принципу современного Ray tracing, но только в плане звука. Каждый звук мог отражаться от объекта окружающего мира и звучать исходя из размера помещения, способности материала передавать и поглощать звук, удалённости объекта и т.п.
EAX использовался во многих популярных видеоиграх — это Half-life, Counter-Strike, Grand Theft Auto San Andreas, Grand Theft Auto IV, S.T.A.L.K.E.R., Doom 3 и т.п. Список игр с поддержкой технологии можно найти здесь.
Хотя сжатие ютуба и влияет на качество передачи, но разницу можно отчётливо уловить, особенно это становится заметно в Doom 3 и Halo: Combat Evolved в определении источников звука.
Как исправить звук в Windows
Существует множество способов исправить ошибки Microsoft и пустить звук напрямую к оборудованию в обход программного вмешательства Windows, но универсальным средством являются только утилиты Alchemy и ASIOALL.
ALchemy Universall — это приложение для восстановления функциональности DirectSound 3D (EAX) на картах от Creative, но в последующем модифицированное для работы с любыми звуковыми картами. Программа работает по принципу ретранслятора, минуя вмешательства со стороны Windows и переводя запросы в OpenAL напрямую.
В основном ALchemy необходим для старых игрушек, но я советую включать приложение для всех игр, ибо если игра даже не поддерживает EAX, то вы всё равно заметите некоторое улучшение играх при использовании ALchemy.
Возможно, лучше всего добавить все игры в ALchemy; если вы не заметите никаких преимуществ или испытываете отрицательные эффекты от использования ALchemy, то просто удалите игру из программы.
Многие встроенные звуковые чипы имеет поддержку технологии Asio, но умышленно или в силу иных причин не задействуют её в своих драйверах. Бесплатная утилита ASIOALL призвана исправить эту проблему.
ASIOALL — это универсальный драйвер разработанный музыкантами для уменьшения задержки ввода и вывода при игре на гитаре. Если вы хотите быть быстрее всех в соревновательных игрушках или вы замечаете, что звук иногда опаздывает за мимикой рта персонажа в игре, то ASIOALL вам просто необходим.
В основном достаточно ALchemy для возвращения качественно звука, но если вас интересуют только задержки ввода и вывода, то достаточно использовать ASIOALL.
Есть ли смысл в EAX сейчас
Несмотря на появление новейших технологий объёмного звучания и 7.1 канального звука, смысл в EAX ещё остаётся, ибо многие проекты, благодаря своим звуковым движкам, имеют скрытую поддержку технологии и только ждут пока вы её активируете. Возможность же современных встроенных кодеков поддерживать-эмулировать версии EAX, позволяет без каких-либо затрат окунуться в настоящее объёмное звучание и обеспечить незабываемый эффект присутствия. Посмотреть список игр по звуковым движкам на наличие скрытой технологии можно здесь.
Выводы
Конечно, обидно, что что-то настолько хорошее, по прихоти IT-гиганта, так бесславно волочит своё существование, но пока остаётся возможность активации настоящего хардварного звука без программных вмешательств и разработчики продолжают использовать EAX в новых проект (Killing Floor 2 [2017]), то надежда, о возвращении хорошего звука продолжит жить.
Вопросы и ответы по EAX
Для тех, кто не в курсе, расскажите, что такое EAX (Environmental Audio Extensions)? Как EAX улучшает ощущения от игры, по сравнению с DiresctSound3D (DS3D)?
EAX это API для создания звучания окружающей среды, созданный Creative. Цель EAX помочь разработчикам игр создавать ощущение реальности происходящего действия в игре с помощью звука. EAX это расширение DS3D, звукового API от Microsoft, являющегося частью среды для программистов DirectX. Оба интерфейса дополняют друг друга.
EAX расширяет возможности DS3D за счет создания мира вокруг источников звука и слушателя — т.н. виртуальную звуковую среду окружения. Эта звуковая среда создается за счет моделирования отражения звуков и реверберации, исходящих со всех сторон от слушателя. Волны отраженных звуков и реверберация, достигая слушателя, дают ему возможность составить представление о природе окружающей его среды — размерах помещения, отражающих свойств стен и многое другое. Разработчики могут использовать EAX для простой установки различных типов свойств акустики для разных помещений и мест в игре. Например, играя в игру, поддерживающую EAX, игрок может слышать, как изменяется акустика при переходе их коридора в пещеру.
В дополнение к созданию звуковой окружающей среды, EAX 1.0 может также, внутри звуковой окружающей среды значительно усилить ощущения восприятия расстояния до различных источников звука: интерфейс автоматически подстраивает индивидуальные параметры источников реверберации, когда каждый источник звука изменяет свое местоположение в пространстве, т.е. расстояние до слушателя изменяется. При этом EAX находится в стадии развития: в следующей версии (EAX 2.0) будет сделан значительный шаг вперед с целью улучшения интерфейса программирования и акустической модели используемой для создания звуковой окружающей среды.
Что говорят разработчики приложений об EAX 1.0 API?
Великолепно! Уже через шесть месяцев после нашего представления EAX, 18 игр поставлялись с поддержкой интерфейса EAX, и был анонсирован выход еще 35 игр — это в разы больше, чем количество приложений, поддерживающих другие API моделирования звуковой окружающей среды.
С точки зрения поддержки в приложениях аппаратного обеспечения от Creative и Emu, существует нечто большее. «Presets» (заранее сделанные установки EAX) в линейке звуковых карт Creative SB Live! дают возможность пользователю добавлять эффекты звука окружающей среды в самые популярные старые игры. Плюс к этому, аппаратное обеспечение Creative и Emu также поддерживает позиционирование источников звука в 3D пространстве, то, что используется любой игрой, написанной под DS3D.
Мы полагаем, что это ключевые ингредиенты для промышленного стандарта интерфейса акустики окружающей среды. Нейтральные промышленные наблюдатели и опыт прошедших месяцев подтвердили верность нашего выбора.
Что будет нового в EAX 2.0 по сравнению с EAX 1.0?
Что такое окклюзии и обструкции, и как они улучшают ощущения от игр?
EAX окклюзии (occlusions — звуки, проходящие через препятствия) применяются для моделирования источников звука, расположенных в другом помещении или в пространстве с другой стороны стены. Окклюзии имеют свойства, при изменении параметров которых меняются характеристики звукового сигнала, проходящего сквозь препятствия, в результате моделируются различные типы стен, состоящие из разных материалов и имеющие различную толщину. Например, если слушатель находится внутри дома, т.е. в помещении, а источник звука находится снаружи, тогда приложение может использовать свойства окклюзии для воспроизведения реалистичного звучания голоса или шума, так если бы они действительно слышались из-за двери или снаружи дома, в котором находится слушатель.
Использование свойств обструкции (obstruction, звук задерживается препятствием) позволяет моделировать дифракцию звука препятствием для создания ощущения, что источник звука находится в той же окружающей среде, что и слушатель, но закрыт от слушателя преградой. Возвращаясь к предыдущему примеру, использование свойства обструкции может сделать звучание голоса таким, будто его источник расположен за большой колонной в той же комнате, что и слушатель, при этом, звук не проходит сквозь колонну.
Используется ли в EAX геометрическая модель окружающей среды? Можете ли вы дать нам простое объяснение, как работает модель геометрической акустики, и является ли такой метод эффективным решением для интерфейса 3D игр?
Модель распространения света, основанная на геометрии пространства, повсеместно используется в графическом мире и известна под названием «ray tracing» (распространение лучей), имеет акустический эквивалент. Для реализации геометрической акустики требуется компьютерная модель физического пространства: четкое определение того, какой объект и где расположен и какие звукоотражающие или звукопроводящие свойства имеет каждый объект. Затем рассчитывается количество слышимых пользователем звуков, отраженных от этих объектов для каждого источника акустики. Также, в расчет могут приниматься ослабление звукового сигнала во время прохождения сквозь стены или преграды на пути прямого распространения звуковых волн и каждого из отраженного звука. Ray tracing и другие модели распространения звуков на основе геометрии пространства — такие, как метод зеркальных источников звука — являются техниками, зависимыми от времени и широко применяются в качестве поддержки при вычислении акустики помещений в архитектурном дизайне. Подобная техника допускает, что звуковые волны отражаются в «зеркальной» форме, которая является аппроксимацией игнорируемых дифракции и диффузии звука. Совсем недавно, этот метод геометрического моделирования был адаптирован для воспроизведения 3D звука в некоторых экспериментальных интерактивных системах виртуальной реальности.
Модель распространения звука, основанная на геометрии пространства, такая, как ray tracing, может быть очень привлекательна для использования в API трехмерного звука. Разработчик просто определяет модель 3D звукового мира, располагает источники звука и слушателя в этом мире, а затем механизм ray tracing определяет пути распространения звуковых волн для завершения работы по созданию реалистичной акустической окружающей среды. На практике, тем не менее, такое применение геометрической модели в мире интерактивного компьютерного звука имеет несколько серьезных недостатков.
Полный расчет отражений от множества объектов для нескольких источников звука является сложной задачей. Не смотря на то, что физические принципы лежащие в основе геометрической модели просты (и обеспечивают лишь аппроксимацию реальных отражений звука) для ее расчета требуется серьезные вычислительные ресурсы. Главное следствие, в 3D играх, это то, что техника расчета распространения акустических волн (ray tracing) может оперировать лишь ограниченным числом отраженных звуков и не может быть использована для воспроизведения затухания запаздывающей реверберации. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим источники звука в реальном мире.
Источники звука испускают звуковые волны, которые отражаются от первого объекта, которого достигнут, затем от второго объекта, затем от третьего, и т.д. В обычном помещении существует бесконечное число непрямых путей распространения звуковых волн от источника звука через отражение к слушателю. Когда эти отраженные звуковые волны достигают слушателя, запаздывающие отражения все больше и больше ослабляются, и следуют друг за другом все ближе и ближе по времени. Эти запаздывающие отраженные звуки быстро формируют континуум (сплошную среду), известный как «реверберация». Так как сложность полной модели увеличивается экспоненциально с течением времени, на практике моделирование геометрической акустики в реальном времени должно быть ограничено одним «отскоком» от препятствия («первоочередные» ранние отраженные звуки) с целью экономии ресурсов CPU. Следовательно, механизм расчета распространения акустических волн в реальном времени не может использоваться для расчета затухания запаздывающей реверберации, которая является составной частью отраженных звуков в типичной акустической среде. В результате 3D звуковой окружающей среде не хватает живости и ощущения реалистичности. Это также приводит к несовместимости, так как первоочередной отраженный звук может стать явным, а затем исчезнуть, согласно физической модели — появляется чувство разочарования, потому что ожидаемого эффекта нет, так как нет запаздывающей реверберации для заполнения свободного акустического пространства, когда первоочередные отраженные звуки исчезают. Для избавления от этой проблемы, в интерфейсе EAX от Creative используется статичная модель распространение звуков, которая оперирует ранними отражениями и затуханием запаздывающей реверберации, и, следовательно, обеспечивает более полное и сильное ощущение звуковой окружающей среды.
Другая серьезная проблема с моделью распространения на основе геометрии пространства, применительно к звуку, состоит в том, что разработчик должен создать и манипулировать сложной моделью акустической окружающей среды для создания отраженных звуков. Поэтому, акустика, базирующаяся на геометрии пространства, может применяться для очень впечатляющих демонстрационных программ, но очень сложна для эффективного использования в реальных приложениях.
Создание эффективной акустической модели это не простая задача, как об этом могут говорить дизайнеры акустики в реальном мире. Дизайнер может потратить месяцы, и даже годы для создания холла с приемлемой акустикой, но даже тогда он может не добиться успеха. Разработчики игр оказались перед этой проблемой дизайна в виртуальном мире при использовании геометрической модели: правильно ли они определили коэффициент поглощения звука для этой стены? Достаточно ли прозрачен для звука этот объект? Им приходится произвести массу настроек, чтобы все было правильным, даже если геометрический API обеспечивает их списком материалов, из которых программист может выбирать. Кроме того, в дополнение к необходимости определения свойств материалов, обычно существует необходимость преобразования графической геометрической информации в форму, которую может использовать звуковой механизм (движок). И то и другое не является простой рутинной задачей.
Последнее и возможно самое важное замечание для игроков и разработчиков заключается в том, что геометрическое моделирование может создавать только конечный результат, который по своей природе является ограниченным, даже с точки зрения производящего сильное впечатление качества звука. Даже если геометрическая модель акустики сможет создать безупречную копию реальной звуковой сцены, эта форма реализма не всегда будет подходящей или эффективной для озвучивания, о чем хорошо осведомлены звукоинженеры киностудий. Слух является в большей степени чувством внутренних ощущений, чем зрение. Для создания наилучшего ощущения от звука, часто требуется использование звуковых эффектов, которые очень далеки от тех, которые могут существовать в физической реальности. Вот почему многие звуки в фильмах — от шуршания одежды до оружейных выстрелов — часто заменяются звуками, которые были «подправлены». Также на звуковых дорожках к фильмам часто записывают имитацию реверберации, подобно той, которую воспроизводится с помощью EAX.
Использование EAX реверберации позволяет создавать в играх виртуальную акустическую окружающую среду, которая отличается от среды, изображаемой на мониторе. В этой виртуальной акустической среде персонажи или объекты звучат так, будто они находятся ближе или дальше от слушателя, чем это выглядит на экране, т.е. плоскому изображению сообщается объем. API EAX создан с целью обеспечить именно такую форму звучания, в тоже время, все задачи по внедрению интерактивности в игру перекладываются на процесс звукового дизайна, т.е. это дело разработчика, как, и в каких объемах использовать и добиваться интерактивности звучания.
Разработчики игр, как и режиссеры фильмов, хотят управлять степенью выразительности и качеством своих 3D звуковых сред окружения, а значит, хотят найти соответствующий инструментарий в EAX. Их потребности не так просто удовлетворить в геометрических моделях, подобных ray tracing. Например, если вы решили увеличить время затухания реверберации для обеспечения более сильного ощущения благоговения при имитации кафедрального собора, в модели типа ray tracing не существует простой кнопки управления длительностью времени затухания reverb. Вместо этого вы можете увеличить размеры звуковой геометрической модели, отодвинув стены дальше от слушателя, чтобы добиться требуемого эффекта. Это сложно сделать и, что еще хуже, в результате получается модель акустики, отличная от графической модели, вследствие чего могут возникнуть проблемы, например, если вы начнете двигать источники звука и графические объекты внутри созданной модели. И даже если вы справитесь с этими проблемами, вы получите модель акустики, которая не будет соответствовать законам физики. Вы не можете добиться одновременно и психологического реализма и эмоциональности, чего разработчики игр, как и режиссеры фильмов, хотят от создаваемого звучания.
Как работает EAX и какие его возможности интересны в перспективе разработчикам?
В двух словах, EAX обеспечивает разработчиков лучшими параметрами для звукового дизайна, чем для архитектурного дизайна. И EAX реалистично моделирует ранние отраженные звуки и затухание запаздывающей реверберации, которые создают виртуальные объекты или стены.
Мы думаем, что первый фактор, определяет труднообъяснимо быстрое принятие EAX разработчиками приложений. Как отмечалось выше, параметры для звукового дизайна дают возможность разработчикам игр легко (по сравнению с геометрическим моделированием) создавать убедительное и эмоционально красивое ощущение от окружающей слушателя акустики. В EAX, первый набор параметров управляет тем, как слушатель ощущает окружающую среду (помещение, в котором находится слушатель), а второй набор параметров позволяет регулировать эффекты акустической окружающей среды для каждого звука в отдельности. Эти параметры интуитивно понятны разработчику, он может легко манипулировать ими, изменять или усложнять эффекты акустики окружающей среды в любой модели игры или сценария. EAX не требуется наличия перспективы от первого лица (читай слушателя) или привязки источников звука к графическому представлению виртуального мира. С другой стороны, дизайнер звука, который хочет создать звуковую сцену, которая наиболее близко и реалистично совпадает с графической сценой, может легко сделать это, используя громадные возможности EAX по управлению ранними отраженными звуками, эффектами окклюзии и обструкции.
При создании этих эффектов, EAX использует метод статистического моделирования вместо метода геометрического моделирования. Статистическая модель EAX автоматически вычисляет параметры реверберации и отраженных звуков, в зависимости от расположения слушателя относительно источников звука, размеров помещения, направленности источников звука и в зависимости от дополнительного набора параметров, которые может изменять программист.
EAX более прост и более гибок в использовании для программистов, потому что статистическое моделирование не требует полного геометрического описания акустического мира вокруг слушателя. Вместо этого он работает, используя макроскопические параметры, начиная от таких как размер помещения и времени реверберации и заканчивая динамическим вычислением параметров важнейших отраженных звуков и реверберации. Статистическое моделирование также более эффективно использует CPU, чем геометрическое моделирование, но при этом все равно более эффективно моделирует ранние отраженные звуки и реверберацию с запаздыванием, обеспечивая реалистичное воспроизведение глубины акустической сцены. В игре в любой момент могут изменяться заранее сделанные установки окружающей звуковой среды и настраиваться отдельные параметры простым нажатием кнопок управления для создания убедительного ощущения реалистичности акустики, при перемещении слушателя и источников звука из одной части виртуального мира в другую, в зависимости от любого события по сценарию игры.
Среди будущих возможностей EAX будет набор для интуитивного управления, с помощью которого можно будет полностью и эффективно манипулировать ранними отраженными звуками, а также запаздывающей реверберацией. Этот набор также позволит устанавливать параметры окклюзии, обструкции и эффектов перспективы для создания очень четкого впечатления окружающего звучания, если это потребуется. EAX позволяет программистам настраивать или модифицировать полностью или частично автоматическое управление отраженными звуками и реверберацией с целью создать в точности такую акустическую среду окружения, как он или она хочет, или, чтобы наложить требуемый эффект на один конкретный звук. Если необходимо, этот метод позволяет программистам использовать их собственную геометрическую модель с целью контролировать не только эффекты окклюзии и обструкции, но также и ранние отраженные звуки, в зависимости от геометрии стен и препятствий.
Creative наряду с другими компаниями работает в IASIG (Interactive Audio Special Interest Group), разрабатывая новый стандарт 3D звука. Какова роль Creative в этих разработках?
IASIG пригласила Creative внести EAX в качестве вклада в IASIG «Level Two Guidelines» («Принципы управления второго уровня»). Цель этих принципов установить промышленный стандарт на интерфейс звуковой окружающей среды для разработчиков мультимедиа и игр для PC. Creative согласилась сделать EAX 1.0 открытым для промышленного использования и принять во внимание предложения членов IASIG по расширению нашей первоначальной задачи.
Мы назвали нашу новую задачу «EAX 2.0» с целью показать обратную совместимость с EAX 1.0. Однако IASIG считает, что она не в состоянии использовать и в дальнейшем спецификацию, носящую в качестве имени торговую марку, несмотря на тот факт, что мы публично объявили EAX в качестве «открытого стандарта». В интересах прогресса мы модифицировали задачи EAX 2.0 для удовлетворения желаний IASIG, поэтому ожидается, что стандарт IASIG на интерфейс звуковой окружающей среды будет выпущен под новым именем.
Но, несмотря на то, что новый стандарт основан на нашей исходной спецификации EAX 2.0, он не будет обратно совместимым с EAX 1.0.
Creative легко реализует поддержку стандарта от IASIG, когда он будет закончен (так как он полностью основана на механизме EAX) и будет поддерживать совместимость с EAX 1.0 в своих драйверах. В действительности, такой стандарт может рассматриваться в качестве некоторого представления «EAX 2.0». Более того, мы продолжаем расширять EAX, с целью получить дополнительные преимущества от использования возможностей продуктов семейства SoundBlaster Live! не только при использовании EAX 1.0 или стандарта IASIG. Будущая версия EAX будет работать без проблем в качестве расширенного набора стандартов EAX 1.0 и IASIG. Для разработчиков игр это означает, что EAX будет больше чем когда-либо, тем API, выбор которого будет гарантировать оптимальную производительность на наиболее распространенном оборудовании.