[发明专利]基于OpenGL的音乐喷泉模拟系统

说明书

本发明涉及一种基于OpenGL的音乐喷泉模拟系统，其特征在于，包括：音乐特征提取单元，对音乐进行特征提取，选取合适的特征向量表征一首歌曲；音乐特征信号融合单元；音乐喷泉模拟软件后台，使用基于OpenGL的粒子系统；音乐喷泉控制前台。目前市面上的软件都是基于特定音乐的软件，并且画面制作都非常简洁，在本发明中使用OpenGL进行后台设计，模拟出喷泉效果，并且对外提供接口，可使得用户调用。在整个系统中引入音乐分析部分，使得可以对新加入的音乐分析其特征，根据特征参数进行动作的选择以及展示。

技术领域

本发明属于音乐信号分析及仿真领域，具体涉及一个基于OpenGL仿真技术的音乐喷泉模拟系统。

背景技术

随着社会的进步，人们对居住环境的要求也越来越高。由于水上景观形态多变，刚柔并济，故水景对城市公共空间的装饰变得尤其重要。面积较大的水池可以有效的增强空间感，如果在其中放入喷头形成喷泉，便可以使得空间充满动感的美，使景观更加生动活泼，增添了城市景观的风韵。

喷泉是在城市环境中再现自然地一种特殊手段。将艺术设计和喷泉设计结合，可以还原出大自然的感觉。对于喷泉的形态、声音、色彩进行艺术的设计，可以有机的和周围的建筑结合，为环境增添了无限的生机。音乐喷泉是将美妙的音乐和基本的喷泉相结合，根据播放音乐的旋律、节拍等信息来控制喷泉造型的变化。

一个设计良好的音乐喷泉可以将喷泉空间形式融入音乐形象之中，唤起人们无穷的联想和想象。同时，随着计算机技术的不断发展，运用计算机来分析音乐信号提取音乐特征已经逐渐成熟。并且随着机器学习和深度学习的兴起，已经可以使用算法来分析一段音乐，提取出很多可用的特征。将音乐特征提取算法应用到音乐喷泉当中，可以更好地控制喷泉，展现不同的水型。

随着喷泉规模的增大，造型复杂程度的提高，使用电脑平面图进行设计以及渐渐地无法胜任喷泉的设计任务。于是出现了三维动画设计，视频效果演示等全新的设计展示方式。在三维空间中进行设计，最大的优势是可以立体的、动态的、多角度、多镜头等非常直观的方式设计、展示音乐喷泉的设计效果。设计出一个效果逼真，水型优美的喷泉设计展示软件有着很重要的意义。

发明内容

本发明的目的是：提供一套更加美观、灵活、方便用户交互的音乐喷泉模拟系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于OpenGL的音乐喷泉模拟系统，其特征在于，包括：

音乐特征提取单元，对音乐进行特征提取，选取合适的特征向量表征一首歌曲；

音乐特征信号融合单元，用于根据特征向量进行音乐风格分类，不同音乐风格对应水型库中不同的喷泉水型，经过音乐风格分类确定当前歌曲对应的喷泉水型，在对音乐风格进行分类后，提取当前歌曲的节拍，使用信号能量的变化大小来描述音乐的起伏程度，在所有节拍所对应的时间点中，选择前后能量变化大于设定阈值的时间点作为喷泉水型改变的时间点；

音乐特征提取单元及音乐特征信号融合单元整体由三个过程组成，首先对音乐进行特征提取，选取合适的特征向量表征一首歌曲，并根据特征向量选取算法进行风格分类。对音乐风格进行分类是因为不同风格的音乐，给人主观的感受差距很大，所以对应的水型库中的喷泉水型差别也很大，首先经过分类可以更加精确地选择歌曲对应的水型，给人更加美好的感官体验。之后对一首歌曲的节拍进行了提取，因为每一首音乐都有对应的节拍，人们在听音乐时虽然无法明确的说出节拍出现位置，但却能感性的认识到节拍的存在。音乐水型发生变化的时间点是包含于音乐的节拍点中的。故在对风格进行分类后，要将一首歌曲的节拍提出出来。最后，由于一首歌的节拍点是非常有规律并且数量非常庞大的，如果每一个节拍点水型都发生变化，会使得观看者应接不暇，会影响观看体验，故要选择音乐整体发生较大变化的时间点。音乐本质上也是一种信号，故本发明使用了信号能量的变化大小来描述音乐的起伏程度。在音乐的节拍时间点中，选取出那些前后能量变化大于设定阈值的时间点作为喷泉水型改变的时间点；