流體（這裡具體是空氣）物理引擎能否純靠計算，而非播放對應錄音，以逼真地吹響3d建模的笛子？

12-04

比如，電鋼琴就是事先錄下了漸變粒度非常小的非常多組真實鋼琴的聲音，然後根據按鍵程度播放。
然而，有沒有可能在機器內部建立3d物理模型，靠引擎計算其中模擬碰撞擴散出的真實聲波，來告知喇叭應該發出什麼聲音。
想不到更好的例子，大概用這個類比對笛子進行的流體振動建模吧……

目前在圖形學裡面，SIGGRAPH上的論文，主要只是能實現音準上的模擬，而不太能實現音色上的模擬。一個比較現實的原因是音準很好量化，比如說Fundamental Frequency(基頻)，A4就是440Hz，模擬出來就得是440Hz，如果要求高一點也就是多考慮幾個Overtone(泛音)同時進行優化。但是對於音色來說的話，比較主觀，我不太清楚有什麼可以很好量化音色的方法。

像是15年SIGGRAPH上的Aerophone in Flatland, 實現了2D domain real-time wave simulation，大概的形狀如下圖所示。 youtube視頻。這篇文章沒有考慮怎麼延展到3D，而且文章末尾的comparison也說了：我們和真實的樂器比較發現模擬和真實的差別很大。

去年我的SIGGRAPH 2016的項目 Acoustic Voxels, 能夠通過模擬+優化，既能快速的模擬，又能夠3D列印出音準準確的類似於小號的樂器 (bilibili, youtube). 主要是通過預先解好很多frequency-domain的Helmholtz eqation然後很快的像樂高積木一樣，能夠把複雜的結構拼接然後計算出來。我們的方法不僅可以用在樂器的模擬，而且也可以用到消音器的設計，acoustic encoding，以及HCI（人機交互）的一些領域（見下圖）。

半年後的SIGGRAPH Asia 2016，Autodesk Research的 Printone 更進一步，把設計的過程加速到interactive rate，用戶可以實時設計類似豎笛的樂器

除了笛子這些基於空氣的樂器之外，我們組的另外一個合作的項目@Raymond，就是做優化金屬木琴（Metallophone）的設計。這個項目也是優化新奇形狀的金屬，使得能夠滿足指定的基頻和一兩個泛頻，(bilibili, youtube)。

總的來說，graphics里這一系列的工作都主要強調音準的準確性，但是音色都不是特別的理想，這其中娛樂性質+對於新形狀的探索 &> 樂器的音色的追求。而且因為大部分方法是在頻域里分析和優化的，所以也缺失了很多時域上的細節。

逼真的模擬3D建模的笛子估計還有很多問題需要研究，目前短期來看，播放錄音是比較實際的方法。

樓上的角度很對，可以從acoustic的角度進行計算。但是要考慮在吹奏笛子的時候不光有流體的acoustic問題需要求解，笛子發出的聲音有可能（不太確定）一部分是由於流體與笛子內壁共振發聲，此時還需要考慮固體震動。
綜上，可以直接求解該類問題，但是可能需要用LES級別的網格加時間步，耦合求解固體方程組，計算量巨大無比......

物理建模的音源是存在的，比如 PianoTeq 和 TruePiano。

只是目前似乎跟實際音色還差得很遠。

幾個高贊答案其實都說的不錯了，我在補充一些：

如果光是氣體震動，即便是暴力DNS也是「achievable」（雖然運算量有點喪心病狂但還是屬於堆得出來的範圍），而且很多管樂器都是形狀比較簡單的多孔諧振腔，比較好model，硬算不是太有意義。

然而，問題的關鍵在於……這個諧振腔在抖，而且還抖得很快……不僅很快，還一堆boundary反射形成奇形怪狀的駐波……

然後由於固體那部分模擬需要的時間和空間尺度都比氣體小（大概小1-2個數量級），為了把寶貴的titan留給g胖就需要寫個時空vms之類的，再把沉迷steam的時間拿來tune材料參數和那層薄薄的還在抖的邊界層(ó﹏ò?)

以現在的計算機能力不可能，樂器泛音列存在大量複雜而且多變的問題，只能根據大致泛音情況進行象徵性地模擬。。要逼真還差得很遠呢，當然對於忽悠不怎麼了解信息科技和樂器發聲原理的外行來說，不管怎麼扯都對

Computational aeroacoustics
這個應該 @Kaiser

計算機能力夠的話，肯定是能算啊。笛子發聲的基本聲學現象，都研究過了。

不過這玩意有時候有不確定度的。所以也不一定了。

音樂聲學是聲學的一個重要分支，有很多人是專門研究這個的，也有很多參考書。