Abschlussarbeit

Atmosphärisches Ray Tracing basierend auf höhenabhängigen Wetterdaten

Masterarbeit von Schäfer, Philipp

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Schallausbreitung in der Atmosphäre im Zusammenhang mit der Auralisation akustischer Szenen. Eine weit verbreitete Methode zur Schätzung von Schallausbreitungspfaden zwischen einer Quelle und einem Empfänger ist das so genannte Ray Tracing. Mit Hilfe solcher geschätzten Pfade kann eine Impulsantwort, die die Auralisierung akustischer Szenen in einer virtuellen Umgebung erlaubt, hergeleitet werden. Im Gegensatz zum akustischen Medium in Räumen, für die Ray Tracing häufig verwendet wird, ist die Atmosphäre weder homogen noch statisch. Hauptgründe dafür sind die Variation der Schallgeschwindigkeit über den Raum und Bewegung des Mediums, wie z.B. Wind. Diese Effekte führen zu Brechung und Verschiebung von Schall und damit auch zu gekrümmten Ray Pfaden. Desweiteren sind Distanzen zwischen Quelle und Empfänger draußen in der Regel sehr groß. Folglich ist die Ray Dichte um den Empfänger eher gering und die Schätzung der Ray Pfade benötigt einen hohen Rechenaufwand. Dies erschwert die Findung von Eigenrays - Rays, die den Empfänger direkt treffen - da dieses Problem zwar komplex ist, die Implementierung für eine schnelle Berechnung der Impulsantwort aber effizient sein muss. Im Zuge dieser Arbeit wird ein Ray Tracing Algorithmus für die Simulation atmosphärischer Schallausbreitung und Auralisierung entwickelt. Es werden Kriterien untersucht, um für den Empfänger unrelevante Rays frühzeitig zu identifizieren und zu verwerfen, wodurch Rechenzeit eingespart werden kann. Für die Modelierung der Atmosphäreneigenschaften werden höhenabhängige Wetterdaten verwendet und somit ein horizontal geschichtetes Medium angenommen. In einem zweiten Schritt wird der Einfluss dieser Eigenschaften auf die Impulsantwort untersucht. Dafür wird eine akustische Szene mehrfach simuliert, wobei die Wetterparameter variiert werden.