Introduction to adaptive rectangular decomposition

介绍了一种基于波数的数值声学方法——自适应矩形分解(ARD),该方法通过将复杂空间分解为多个矩形区域并独立更新每个区域内的声场来提高内存和计算效率。与FDTD方法相比,ARD在保持精度的同时显著减少了采样数量。

Introduction to adaptive rectangular decomposition

Knowledge dependencies: Wave equation, Finite-difference time-domain method, Discrete cosine transform


ARD (Adaptive Rectangular Decomposition) is a wave-based numerical acoustic method to solve the propagation of sound in a room proposed by Raghuvanshi et al. It decomposes a complex space into several rectangular partitions, and update sound field based on wave equation inside each partitions independently. This method gain a boost on both memory efficiency and computation efficiency comparing to FDTD by avoiding oversample in space.

FDTD always requires more than 10 samples per wavelength, but the pattern of wave propagation is simpler in rectangular space, the number of samples can be reduced to 2 per wavelength by manipulating a mathmetical trick, which makes ARD efficient and accurate.

The sound field can be represented as a superposition of a series of consine function in any rectangular room with rigid boundaries. At time \(t\), the sound pressure values can be represented by modes as:

p(x,y,z,t)=i=(ix,iy,iz)mi(t)Φi(x,y,z) p ( x , y , z , t ) = ∑ i = ( i x , i y , i z ) m i ( t ) Φ i ( x , y , z )
Φi(x,y,z)=cos(πixlxx)cos(πizlzz)cos(πizlzz) Φ i ( x , y , z ) = cos ⁡ ( π i x l x x ) cos ⁡ ( π i z l z z ) cos ⁡ ( π i z l z z )
\(i\) is the index of samples and \(l\) is the actual size of the space. This is essentially a discrete consine transform: \(m(t)=DCT(p(t))\). This inspires us that we can update the sound field by updating modes \(m(t)\) instead of updating pressure values directly which can avoid the error introducing by applying finite approximation to pressure values along space.

Now that the knowledge of sound behave in a rigid rectangular room, ARD assumes that each rectangular partition has rigid boundaries. At each time step, ARD updates the pressure values inside each partition independently by updating the modes, and compute the force terms on the boundary to compensate the rigid boundary assumption.

Reference:

  1. Raghuvanshi N, Narain R, Lin M C. Efficient and accurate sound propagation using adaptive rectangular decomposition[J]. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2009, 15(5): 789-801.
  2. Kuttruff H. Room acoustics[M]. Crc Press, 2016.
### 自适应矩形的概念与实现 #### 定义与背景 自适应矩形(Adaptive Rectangle)通常用于计算机图形学和用户界面设计领域,其核心目标是在不同设备分辨率、屏幕尺寸或交互需求下动态调整形状大小和位置。这种技术能够确保视觉元素保持一致性和功能性[^1]。 #### 实现方法概述 在实际应用中,可以通过多种方式来实现自适应矩形的功能: 1. **基于百分比布局** 使用相对单位而非固定像素值定义矩形的宽度和高度。例如,在CSS中可以设置`width: 50%; height: 30%`,从而让矩形随父容器的变化而自动缩放。 2. **响应式框架支持** 借助现代UI框架(如Bootstrap、Flutter等),开发者可以直接利用内置工具创建具有弹性的矩形组件。这些框架通过媒体查询或其他机制检测环境变化并重新计算样式属性。 3. **编程逻辑控制** 对于更复杂的场景,则需编写脚本来实时监控窗口尺寸改变事件,并相应更新DOM节点或者控件参数。下面展示了一个简单的JavaScript例子说明如何监听resize操作以调整div区域的比例关系: ```javascript function adjustRectangle() { const rectElement = document.getElementById('adaptiveRect'); let newWidth = window.innerWidth * 0.4; // 占总宽四成 let newHeight = window.innerHeight * 0.6;// 占全高六成 rectElement.style.width = `${newWidth}px`; rectElement.style.height= `${newHeight}px`; } window.addEventListener('resize',adjustRectangle); // 初始化调用一次 adjustRectangle(); ``` 上述代码片段展示了基础原理,但在真实项目里可能还需要考虑边界条件处理以及性能优化等问题。 #### 远程方法调用中的潜在关联 虽然主要讨论的是本地显示层面的技术细节,但如果涉及到跨网络传输数据结构描述给客户端渲染的情况时,RMI(远程方法调用)等相关技术也可能间接参与其中。比如服务器端生成特定格式的消息包传递至前端用来指导绘制过程,此时运用命令模式封装业务指令有助于提高系统的灵活性与可维护程度[^2]。 #### 文件同步服务下的应用场景扩展思考 另外值得注意的一点是,在某些特殊情况下,如果我们的应用程序依赖外部资源文件完成部分功能展现的话,那么适时引入类似于FTP复制这样的解决方案就显得尤为重要了。它可以帮助我们快速部署最新版本素材到各个分布式站点上,进而保障用户体验一致性得到良好维持[^3]。 ---
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