Abschlussarbeit

Parallelisierung einer Echtzeit-Raumakustik-Simulation für Mehrkernprozessoren

Steckbrief

Eckdaten

Professur:
TA
Status:
abgeschlossen

Betreuer

Masterarbeit von Schallenberg, Ralf

Diese Arbeit ist angesiedelt im Gebiet der Raumakustiksimulation, was als Teilgebiet der Virtuellen Realität ( VR) betrachtet werden kann. Das Simulieren von Schallfeldern in virtuellen Räumen erlaubt Vorhersagen über die Raumakustik echter Räume. Das kann zum Beispiel für Architekten während der Planungsphase neuer Gebäude sehr interessant sein. Es existieren bereits seit Längerem Softwaresysteme, die für die Raumakustiksimulation geeignet sind. Bekannte Vertreter dieser Art Software sind zum Beispiel CAT T [7], EASE [1] und ODEON [22]. Was diese Programme bisher jedoch nicht bieten, ist eine interaktive Echtzeit-Simulation. Das liegt vor allem daran, dass Raumakustiksimulation sehr rechenintensiv ist. Am Institut für Technische Akustik (ITA) an der RWTH Aachen wurde die Software Room Acoustics for Virtual Environments (RAVEN) [24] entwickelt, die interaktive Echtzeit-Raumakustiksimulation ermöglicht. Sie wurde zu diesem Zweck bereits in das VR-System aixCAVE [16] der Virtual Reality Group an der RWTH Aachen integriert [27]. Das aixCA VE-System verfügt über einen leistungsstarken Rechnerverbund, auf den die Rechenlast der Simulation verteilt wird. Aber nicht jeder, der an Echtzeit-Raumakustiksimulation interessiert ist, hat Zugang zu einem derartigen System. So wäre es wünschenswert, auch auf Einzelrechnern eine adäquate EchtzeitSimulation zu ermöglichen. Im Rahmen einer Diplomarbeit [3] am ITA wurde bereits ein Ansatz in dieser Richtung unternommen, der ebenfalls die RAVEN-Software nutzt und einen lauffähigen Prototyp hervorgebracht hat. Jedoch hat dieser Prototyp den Nachteil, einzelne Komponenten, aus denen sich die Simulation zusammensetzt, sequentiell zu berechnen. Diese Komponenten werden als Direktschall, frühe Reflexionen und Nachhall bezeichnet. Sie bilden zusammen eine sogenannte Raumimpulsantwort und werde getrennt von der RAVEN-Software berechnet. Sie unterscheiden sich in der benötigten Rechendauer um mehrere Größenordnungen. So kann die Direktschallberechnung in unter einer Millisekunde erledigt sein, während es nicht ungewöhnlich ist, wenn die Nachhallberechnung mehrere Sekunden dauert. Durch die sequentielle Vorgehensweise verhindert eine Nachhallberechnung unter Umständen über einen Zeitraum von mehreren Sekunden die Aktualisierung von Direktschall und frühen Reflexionen. Gerade der Direktschall sollte jedoch bei einer interaktiven Echtzeitsimulation viele Male pro Sekunde und ohne merkliche Latenzen aktualisiert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein System zur parallelen Berechnung der drei Simulationskomponenten zu entwickeln, das auf einem Einzelrechner mit Mehrkern-CPU läuft und dessen Ressourcen unter Berücksichtigung der durch Psychoakustik, Physik und Algorithmik gegebenen Anforderungen möglichst sinnvoll einsetzt.