Visualization of Acoustics in a Virtual Environment

Abstract

This thesis presents implementation of acoustics visualization software used in immersive virtual environment. It is discussed how such a system is being designed, implemented, and what problems occurred during the implementation. The system is found useful for architects and acousticians for studying room acoustics and for visualizing acoustical problems.

The implementation of the acoustic visualization system is set as the primary objective for the thesis. Secondary objectives are to study visualization of acoustics and try to find out if immersive visualization is more useful than traditional visualization methods.

The needed knowledge about acoustics, virtual reality, and visualization are discussed. All this background information is used in the implementation. The software implementation is explained step by step including discussion about choosing the ray tracing as the most efficient visualization method for acoustic visualization. Other visualization methods are found to produce similar visualization or to be computationally too heavy for the target environment. The performance is sufficient after optimization. The main visualizations are static and animated with either ray or particle visualizations.

The main contribution of this thesis is implementation of acoustics visualization system that can be used in immersive virtual environment. Earlier, only desktop systems have been available. However, the benefit of the immersive visualization is not being measured in this thesis. Instead, previous work on presence research is being evaluated and it is found that studying the gain from the immersiviness had to be left out for future work.

Tässä diplomityössä esitellään akustiikan visualisointijärjestelmä, jota käytetään immersiivisessä keinotodellisuushuoneessa. Systeemin suunnittelu, toteutus ja toteutukseen liittyneet ongelmat esitellään yksityiskohtaisesti. Visualisointijärjestelmä havaittiin erityisen hyödylliseksi arkkitehdeille ja akustiikoille huoneakustiikan tutkimiseen ja akustisten ongelmien visualisointiin.

Diplomityön ensisijainen tavoite on implementoida immersiivinen akustiikan visualisointijärjestelmä. Toissijaisia tavoitteita on tutkia akustiikan visualisointia ja tutkia onko immersiivisestä visualisoinnista hyötyä perinteisiin visualisointimenetelmiin verrattuna.

Järjestelmän toteutusta varten tarvittava pohjatieto akustiikasta, keinotodellisuudesta ja visualisoinnista esitellään tarkasti. Sateenseuranta valittiin parhaaksi tekniikaksi akustiikan visualisointia varten. Myös muita tekniikoita käsitellään, mutta niitä ei toteutettu koska niillä saataisiin aikaan vain hyvin samanlaisia visualisointeja kuin sateenseurannalla tai niiden tehokkuus olisi liian heikko käytettävissä olevaa virtuaaliympäristöä varten. Optimointien jälkeen järjestelmän tehokkuus on riittävällä tasolla. Erilaiset toteutuneet visualisoinnit jakautuvat karkeasti neljään eri ryhmään jotka ovat staattiset ja animoidut visualisoinnit yhdistettynä säde- ja partikkelivisualisointeihin.

Diplomityön tärkein kontribuutio on immersiivisen akustiikan visualisointijärjestelmän toteutus. Aiemmin vastaavia järjestelmiä pystyi käyttämään vain pöytätietokoneilla. Kuitenkin immersiivisen visualisoinnin varsinaista hyötyä ei tässä työssä tutkittu, koska tämä työ jätettiin tämän diplomityön ulkopuolelle.