跨媒體互動音樂在虛擬現實與增強現實中的應用與展望

【摘 要】跨媒體互動音樂結合了虛擬現實和增強現實技術，正在重新定義音樂體驗和創作過程。本文旨在對跨媒體互動音樂在虛擬現實和增強現實環境中的應用進行全面探討。分析這些技術的理論基礎及其演進過程，并通過案例研究展示其當前應用及未來潛力。通過程序化音樂生成、人工智能驅動的自適應音樂和空間音頻等技術，音樂不僅能實時響應用戶的情緒、動作和環境，還能促進全球范圍內的音樂合作與社交互動。互動音樂在未來將繼續推動個性化、社會化和跨文化的音樂發展，并在日常生活中發揮更加深遠的作用。

【關鍵詞】互動音樂" 虛擬現實" 增強現實" 程序化音樂生成" 空間音頻

中圖分類號：J0-05" "文獻標識碼：A" "文章編號：1008-3359（2024）15-0153-06

隨著虛擬現實和增強現實等沉浸式技術的興起，跨媒體互動音樂的應用也迎來了新的契機。這些技術能夠將視覺、聽覺、觸覺等多種感官輸入融合在一起，給用戶提供全方位的互動體驗。音樂作為一種長期以來增強體驗的重要工具，如今在虛擬現實和增強現實平臺中發揮著越來越重要的作用。從增強游戲環境到打造虛擬音樂會體驗，互動音樂的融入大幅提升了用戶的參與度、情感深度以及沉浸感。

一、跨媒體互動的基本特征以及相關概念

跨媒體互動是指將多種媒體形式——視覺、聽覺、文本，甚至觸覺——無縫整合和交互的體驗。在虛擬現實和增強現實的語境下，跨媒體互動意味著用戶不僅僅是被動地消費媒體，而是主動參與創建、影響和改變他們所互動的媒體。音樂在這種情況下成為這種互動的核心組件，既影響其他感官輸入，又受到其影響，從而在沉浸式環境中增強整體的互動體驗。

跨媒體互動的一個根本特征是它能夠超越單一媒體形式的局限性，創造出聲音、圖像和動作融合成一個統一整體的體驗。這在虛擬現實和增強現實中特別重要，視覺和聽覺元素協同工作，生成高度沉浸式體驗。

跨媒體互動音樂是指能夠根據用戶輸入或環境變量自適應調整的音樂。在虛擬現實和增強現實中，這一概念超越了傳統的聲音設計，包含用戶行為影響下的動態作曲。互動音樂的關鍵組成部分包括實時自適應、程序化生成和用戶互動。

實時自適應意味著音樂元素（如節奏、音調、旋律）能夠根據用戶的行為即時調整。例如，當用戶在虛擬現實中穿越虛擬森林時，自然環境的背景音樂會隨著他們的步伐或方向的變化而微妙地轉變。

程序化生成是指通過算法根據預定義規則實時創建音樂。這種技術能夠產生無限種類的音樂構成，確保每個用戶的體驗都是獨一無二的。程序化音樂生成在虛擬現實中尤為有效，因為用戶可以在廣闊的虛擬環境中自由探索，預錄制的音樂可能會迅速變得重復單調。

用戶互動在虛擬現實和增強現實中是體驗音樂的關鍵因素。與被動的聽覺體驗不同，互動音樂需要用戶與環境互動，并通過他們的行為直接影響音樂輸出。這種互動使得用戶感受到自己是音景創作的積極參與者，而不僅僅是旁觀者。

互動音樂通過提供額外的感官輸入，提升了沉浸式環境中的用戶參與度，它與虛擬現實和增強現實固有的視覺和物理互動相得益彰。音樂可以用來引導用戶、提示重要事件或為某一場景設定情感基調。此外，互動音樂的適應性確保用戶能夠始終沉浸在體驗中，因為音景會隨著他們的動作持續進化。

在虛擬現實和增強現實中，互動音樂與傳統的線性音樂格式有所不同，它會根據用戶行為和環境線索做出反應。例如，虛擬世界的背景音樂可能會隨著用戶的移動、方向或與物體的互動而發生變化。這種非線性的音樂創作通常被稱為自適應音樂，它是跨媒體互動的核心，能夠提供更個性化的用戶體驗。在增強現實中，音樂可能根據用戶的現實世界場景發生變化，為用戶與物理物體或空間的互動增添一層額外的意義虛擬現實創造了一個完全沉浸的數字環境，在這個環境中，用戶與物理世界完全隔離。在虛擬現實中，音樂的使用對建立“存在感”至關重要——即用戶感知自己位于虛擬世界中的感覺。虛擬現實中的音樂可以用來操控情感反應、增強空間幻覺并引導用戶穿越虛擬環境。特別是，虛擬現實中的音樂需要具備空間意識，這意味著音樂會根據用戶在環境中的位置動態變化。創建逼真或奇幻的音景是構建虛擬世界情感深度的核心。

與虛擬現實不同，增強現實將數字內容疊加在物理世界之上。在增強現實中，音樂的作用與虛擬現實中不同，因為它必須與現實世界的聲音共存。增強現實中的挑戰在于平衡數字音景與用戶物理環境的環境聲。例如，在增強現實的音樂會中，音樂必須與現實環境中的聲音相融合，同時提供新的、互動的元素以豐富用戶體驗。增強現實中的聲音可以作為數字和物理領域之間的橋梁，微妙地增強或轉變用戶對現實環境的感知。

沉浸感是理解音樂在虛擬現實和增強現實中作用的關鍵。沉浸感是一種被包圍在一個一致的環境中的感覺，這個環境雖然存在于數字領域，但讓用戶感覺它是真實的。音樂作為一種多感官輸入，在增強沉浸感中起到了至關重要的作用，它能夠加深情感參與并強化存在幻覺。

二、跨媒體互動音樂在虛擬現實與增強現實應用中的技術基礎

跨媒體互動音樂在虛擬現實和增強現實中的成功整合，依賴于一系列技術的支持。這些技術使得音樂能夠動態響應用戶的輸入，適應環境的變化，并創造出與視覺和互動元素相輔相成的沉浸式聽覺體驗。空間音頻、運動傳感器、觸覺反饋和人工智能的進步，使得音樂成為這些平臺上用戶交互的核心元素。

（一）空間音頻與三維音景

空間音頻（或稱3D音頻、雙耳音頻）是互動音樂在虛擬現實和增強現實中最關鍵的組成部分之一。空間音頻技術使得聲音（包括音樂）能夠被感知為來自特定方向和距離，模擬現實世界中聲音的行為。這項技術對于在虛擬現實和增強現實中創造沉浸感至關重要，因為它允許用戶“置身”于音景之中，聲音和音樂圍繞著他們，增強了他們對虛擬或增強世界的真實感知。

空間音頻系統利用復雜的算法來將聲音定位在虛擬三維空間中。這些系統根據用戶的頭部運動和方向進行調整，使聲音似乎來自相對于用戶的固定位置。例如，在虛擬音樂會中，音樂的音量和方向會隨著用戶接近或遠離虛擬舞臺而變化。在增強現實應用中，空間音頻可以將聲音投射到現實世界中的物體上，創造出音樂似乎從物理空間發出的幻覺。

雙耳音頻是通過耳機設計的，復制了人類自然感知聲音的方式，創造出高度沉浸的體驗。而全向音頻則是捕捉360度全方位的聲音，適合多揚聲器系統或耳機播放。這兩種技術廣泛應用于虛擬現實和增強現實中，用于創造沉浸式、三維的音景，使用戶被聲音包圍，增強他們的體驗感。

（二）實時自適應音樂系統

實時自適應音樂系統是創建能夠動態響應用戶輸入的互動音樂體驗的核心。這些系統允許音樂根據用戶的動作、行為或情感狀態進行改變，確保音景隨著用戶的體驗而演變。自適應音樂系統在虛擬現實和增強現實中尤其重要，因為用戶期望虛擬或增強環境能夠實時對他們的行為做出反應。

自適應音樂系統利用算法根據預定義的規則或實時數據輸入調整音樂元素（如節奏、和聲、節拍、樂器）。這些系統通常使用程序化音樂生成技術，使得音樂不是預先錄制的，而是根據用戶的動作或環境變化實時生成的。例如，在虛擬現實冒險游戲中，音樂可能會在戰斗中變得更加緊張，在探索時則變得更加輕松，這取決于用戶的當前情境。

程序化音樂生成是自適應音樂系統中使用的一種方法，它能夠根據用戶輸入實時生成無限種類的音樂變化。這一技術在虛擬現實和增強現實體驗中廣泛應用，防止音樂變得重復乏味。例如，在開放世界的虛擬現實游戲中，程序化音樂生成可以確保用戶在探索不同環境時，音樂動態變化，創造出更具沉浸感的音景。

（三）運動傳感器與交互跟蹤

在虛擬現實和增強現實中，用戶互動通常由動作驅動，跟蹤用戶動作的能力對于創建互動音樂體驗至關重要。運動傳感器（如加速度計、陀螺儀和深度傳感器）使得系統能夠實時跟蹤用戶的位置、方向和手勢，從而使音樂能夠直接響應用戶的身體動作。這種動作與音樂之間的互動關系是跨媒體互動音樂在沉浸式環境中的核心特征之一。

許多虛擬現實和增強現實應用使用運動傳感器來實現基于手勢的音樂互動，用戶的身體動作直接影響音樂。例如，在像SoundStage VR這樣的虛擬現實音樂創作工具中，用戶可以在虛擬空間中移動，操控虛擬樂器，創造出高度互動的沉浸式體驗。同樣，在增強現實健身應用如《Zombies， Run！》中，用戶的移動速度和方向可以影響音軌的強度和節奏，使音樂成為用戶身體活動的直接反映。

觸覺反饋通過提供與用戶互動相應的觸覺感知，進一步增強了虛擬現實和增強現實中的互動音樂體驗。通過結合觸覺反饋與運動跟蹤，用戶可以“感受”音樂的存在，增加了額外的感官參與。例如，在虛擬現實節奏游戲如《Beat Saber》中，玩家不僅能聽到音樂，還能感受到揮舞虛擬光劍切割音樂節拍時的反饋，從而增強了沉浸感和物理參與感。

（四）軟件工具與平臺

跨媒體互動音樂在虛擬現實和增強現實中的創建依賴于一系列的軟件工具和平臺，這些工具為開發者設計、實現和測試音頻系統提供了技術框架。以下是一些常用的開發平臺和工具：

Unity是用于創建虛擬現實和增強現實應用的最受歡迎的游戲引擎之一。它提供了廣泛的工具來集成互動音樂，包括對空間音頻、實時音頻處理和程序化生成的支持。Unity易于使用且靈活性強，因此是開發虛擬現實或增強現實音樂項目的首選平臺。

Unreal Engine由Epic Games開發，以其高質量的圖形和實時渲染能力而聞名。它同樣為創建互動音景提供了強大的音頻工具，支持3D空間音頻、自適應音樂系統和實時聲音處理，非常適合用于虛擬現實和增強現實中構建高度沉浸和響應的音樂體驗。

Wwise是一款專業的音頻中間件，廣泛用于游戲、虛擬現實和增強現實應用的互動音樂系統開發。Wwise允許開發者創建復雜的、動態的音景，能夠根據用戶輸入和環境變化做出實時響應。Wwise與Unity和Unreal Engine的無縫集成，使其成為開發沉浸式音樂體驗的理想工具。

針對移動增強現實開發，蘋果的ARKit和谷歌的ARCore為集成互動音樂提供了強大的工具。這兩個平臺都支持空間音頻和運動跟蹤，使得開發者能夠創建音樂隨著用戶與現實世界的互動動態變化的增強現實體驗。

（五）互動音樂技術中的挑戰

盡管互動音樂技術在虛擬現實和增強現實中取得了顯著進展，但仍然面臨諸多挑戰，開發者在創造真正沉浸式體驗時必須克服這些障礙：

1.延遲與實時處理

實時自適應音樂系統的一個主要挑戰是確保音樂能夠即時響應用戶的輸入而不會出現明顯延遲。任何延遲都會破壞沉浸感，削弱體驗效果。實現低延遲的音頻處理需要先進的算法和高性能硬件，這在移動增強現實應用中尤為困難。

2.空間音頻的精確度

創建高度精確的空間音頻系統，能夠完美再現真實世界中的聲音行為是一項復雜的任務。頭部運動、環境聲學以及虛擬物體的位置都影響著用戶對聲音的感知。開發者必須不斷優化空間音頻算法，確保聲音在虛擬現實和增強現實中的表現自然且具有沉浸感。

3.硬件限制

創建完全沉浸和互動的音樂體驗所需的硬件，諸如高保真的耳機、運動控制器和觸覺設備等，目前仍然價格較高，并未被廣泛采用。像Oculus Rift、HTC Vive等高端虛擬現實頭顯，或Microsoft HoloLens和Magic Leap等高級增強現實設備，盡管具備必要的處理能力和空間音頻支持，但由于其高昂的成本和較為專門的需求，仍未能廣泛普及。

4.可訪問性和負擔能力

為了讓更多用戶享受到互動音樂體驗，開發者必須找到方法將這些應用優化到較為廉價、廣泛可用的硬件上，例如智能手機和低成本虛擬現實或增強現實頭顯。然而，移動設備通常缺乏處理復雜互動音樂所需的運算能力與空間音頻支持，這限制了體驗的精度和沉浸度。

三、案例研究：跨媒體互動音樂在虛擬現實與增強現實中的應用

為了更好地理解跨媒體互動音樂在虛擬現實和增強現實中的應用潛力，下面將分析一些成功的案例。這些案例展示了互動音樂如何與視覺元素和用戶輸入動態交互，創造出個性化且沉浸的體驗。這些應用不僅在游戲、表演和教育領域獲得了顯著的成果，也推動了跨媒體互動音樂在多個行業中的創新發展。

（一）音樂驅動的虛擬現實體驗：Wave和MelodyVR

Wave①和MelodyVR是虛擬音樂會領域的兩大先鋒平臺，提供用戶在虛擬現實環境中參加現場音樂演出的機會。兩個平臺都旨在通過全沉浸、互動的方式重新定義音樂會體驗。它們都源于連接現場音樂活動和數字互動體驗的愿望，尤其是在新冠疫情期間，線下演出受限，虛擬平臺為藝術家與觀眾提供了新的互動渠道。

MelodyVR于2018年推出，迅速成為沉浸式音樂體驗的領先平臺之一。與Wave不同，MelodyVR專注于將現實世界的音樂演出帶入虛擬現實。通過使用360度攝像機和空間音頻，MelodyVR讓用戶身臨其境般地參加現場音樂會，并且用戶可以選擇不同的觀看視角，如站在觀眾席中或置身于舞臺上與音樂人互動。MelodyVR的空間音頻使得用戶在虛擬場地中的位置變化時，音樂會的聲音效果也隨之改變，增強了現場感。

Wave的表演通常更加抽象和互動，音景和視覺元素根據用戶的動作而動態變化。例如，在電子音樂人REZZ的表演中，用戶可以通過與3D視覺效果互動，使它們隨音樂的節奏而跳動，仿佛參與了音樂會的創造過程。此外，Wave音樂會還常常包括程序化生成的音樂，這些音樂會根據觀眾的參與度進行調整，確保每場表演都獨一無二。空間音頻技術保證了用戶在虛擬空間中移動時，聲音效果也隨之變化，增強了用戶的存在感和參與感。

（二）虛擬現實與增強現實音樂創作工具：SoundStage VR和AR Piano

SoundStage VR是一個創新的音樂創作工具，允許用戶在完全沉浸的虛擬音樂工作室中進行音樂創作、操作和表演。它專為HTC Vive等虛擬現實平臺開發，提供了一個虛擬音樂工作室，用戶可以在其中使用合成器、鼓機、效果器等虛擬樂器，直接通過動作控制器操控音樂設備。

SoundStage VR的核心理念是為音樂人提供一個更具觸覺感和沉浸感的音樂制作方式，打破傳統數字音頻工作站（DAW）的局限性。在虛擬空間中，用戶可以自由移動，隨意擺放虛擬樂器和音頻模塊，并通過自然的手勢與這些設備進行互動。這種創作方式賦予了音樂制作過程更多的物理感和參與感，使得體驗不僅限于軟件的操作。

在SoundStage VR中，用戶可以完全自由地設置自己的虛擬音樂工作室，連接虛擬電纜、實時操控音頻波形，并與虛擬樂隊成員即興演奏。空間音頻技術確保每個樂器的聲音如現實中一樣表現，隨著用戶在虛擬空間中移動，音效也會相應變化。

AR Piano是一個基于增強現實的音樂應用，允許用戶將數字鋼琴疊加到任何物理表面上。用戶可以通過智能手機或平板電腦，將設備對準桌面或地板，虛擬鋼琴就會顯示出來，并且用戶可以實時彈奏。這款應用利用ARCore或ARKit檢測現實世界中的表面，并通過空間音頻技術確保鋼琴的聲音似乎從虛擬樂器本身發出。

AR Piano提供了更簡單的互動體驗，但仍然充滿趣味和沉浸感。通過將虛擬鋼琴疊加到現實世界中，用戶可以隨時隨地彈奏音樂。空間音頻和增強現實追蹤技術的結合，增強了鋼琴仿佛真實存在的幻覺，使學習和彈奏過程更加身臨其境。

四、跨媒體互動音樂的技術發展與趨勢

（一）程序化音樂生成與人工智能驅動的自適應音樂

程序化音樂生成和人工智能驅動的自適應音樂將繼續在互動音樂領域扮演重要角色。通過程序化生成技術，音樂能夠根據用戶的行為、環境變化，甚至情感狀態即時變化，創造個性化且不重復的音樂體驗。這種技術尤其適合虛擬現實和增強現實環境，因為它能夠響應用戶的探索行為，生成動態的音景。

人工智能驅動的自適應音樂系統將變得更加智能，能夠根據更多的用戶數據生成更加個性化的音樂。例如，人工智能可以實時分析用戶的情緒、生理反應（如心跳和呼吸），并根據這些數據調整音樂的節奏、音調或風格。這種個性化水平將提升用戶的沉浸感，讓每個體驗都變得獨特和深度定制化。

人工智能不僅可用于生成個性化音樂，還能在創作中扮演輔助角色。未來的音樂人可能會與人工智能協同創作，人工智能能夠提供即時的作曲建議，或者根據用戶提供的創意片段生成完整的樂曲。這樣，人工智能將使音樂創作過程變得更加流暢，并為藝術家提供更多的創意工具。

（二）全息和混合現實音樂體驗

虛擬現實與增強現實之間的界限將隨著混合現實的發展變得模糊。在混合現實中，虛擬對象和現實世界的元素可以無縫結合，創造出更加融合的沉浸式音樂體驗。

未來的全息音樂會將讓用戶能夠在現實世界中看到虛擬的表演者。音樂會可能會在物理場地舉行，但通過混合現實技術，虛擬樂器、視覺特效和虛擬歌手可以被疊加在現實世界中，讓觀眾獲得前所未有的視聽體驗。例如，用戶可以看到現實中的樂隊表演，同時虛擬的樂器和3D視覺效果環繞在他們周圍，增強現場氣氛。

隨著混合現實設備的進步，用戶將能夠在家中或日常生活中享受沉浸式的音樂體驗。例如，用戶可以在日常場景中啟動互動音樂應用，在廚房或客廳中即時生成的音樂會隨著他們的動作或情緒變化。這種混合虛擬和現實的互動體驗，將使音樂更加嵌入人們的日常生活。

五、結語

跨媒體互動音樂通過虛擬現實、增強現實以及混合現實的技術革新，正在重新定義人們與音樂的關系。隨著互動音樂技術的發展，音樂體驗已經從單向的被動聆聽，轉變為高度個性化、動態交互和情感驅動的多感官體驗。互動音樂不僅改變了創作和體驗音樂的方式，還正在滲透到教育、健康、文化保護和社交等多個領域，推動音樂走向更加多元和廣泛的社會應用。

技術方面，程序化音樂生成、人工智能驅動的自適應音樂和空間音頻等創新，顯著提升了互動音樂的沉浸感和個性化。這些技術使音樂能夠實時響應用戶的情緒、動作和環境，帶來更加動態和個性化的音樂體驗。同時，虛擬樂隊、多人協作音樂創作和虛擬音樂會等新形式，突破了地域和時間的限制，促進了全球范圍內的音樂合作和社交互動。隨著跨媒體互動音樂在虛擬現實和增強現實中應用的不斷成熟，未來在技術基礎上也將呈現出顯著的創新與進步。這些進展不僅將提升現有的互動體驗，也會為全新形式的音樂創作和消費模式鋪平道路。

①Wave成立于2016年，最初是為虛擬DJ和音樂人設計的平臺，讓他們能夠在充滿想象力的虛擬世界中表演。這些表演往往結合了互動、實時的視覺效果，用戶可以操控這些視覺效果，與音樂同步，從而創造一種跨越音樂、游戲和表演藝術的綜合體驗。用戶可以作為數字化身參與音樂會，實時在虛擬場地中移動，與音樂和其他觀眾互動。藝術家本身也可以控制表演時的視覺元素，使每場音樂會都成為獨特的現場體驗。

參考文獻：

[1]陸敏捷.互動音樂在中國[J].科教文匯（上旬刊），2010（13）：141-142.

[2][美]杰弗里·斯托萊特.KYMA系統實用技巧[M].王馳，陸敏捷，譯.重慶：西南師范大學出版社，2014.

[3]王鉉.藝術與技術的交互（之一）：互動音樂創作中的藝術表現與技術實現[J].樂府新聲：沈陽音樂學院學報，2010（02）：108-111.