聲音一向是遊戲中不可或缺的一部份，不管是動人的背景音樂或營造氣氛的音效，少了聲音就完全沒有玩遊戲的感覺，甚至許多遊戲的重點就放在聲音上，比如說利用聲音來判斷敵人的位置等等。

從遊戲開發者的角度來看，在聲音方面至少有以下的需求：

  1. 讀取音樂/音效檔案。當然，音樂資料不一定存在檔案上，也可能放在 CD 音軌上，甚至使用 streaming 的方式由網路傳輸 (很少見，但也並非不可能)。
  2. 背景播放。除了把聲音放出來，播放的同時也要能讓遊戲繼續執行。
  3. 混音。對於硬體來說，同一時間只能播放一個聲音。有些硬體內建混音的功能，因此可以同時播放多道聲音，不過數量還是有上限。超過上限時就需要把所有正在播出的聲音進行混合後，再送到音效卡上。
    (在 Windows 上，送到音效卡之前似乎會自行幫你混音，所以這點對 Windows 開發者也許不是太大的問題？)
  4. 各種聲音效果，比如設定聲源的位置以模擬方向與遠近的不同，或是設定速度來模擬運動物體的都卜勒效應 (Dopplar effect)，甚至各種 DSP 處理等等。

而我今天要講的，稱之為 FMOD 的音效函式庫，正具備了以上所有功能。除此之外，它也有跨平台的優點，除了 Windows 外，也支援 MacOS、Linux 甚至所有的次世代主機，如 PS3、Xbox 360、Wii 等等。而且在非商業用途下完全免費，是個很理想的音效解決方案。

廢話不多說，下面就來講 FMOD 的使用。

系統簡介

在 FMOD 中主要有三種物件：System、Sound 以及 Channel。因為我才用一個晚上而已，所以像是 ChannelGroup、DSP 及 Geometry 的部份就不深入了…

  • System 管理與系統相關的工作，比如說從檔案系統中讀取聲音檨本、設定輸出的音效卡 (FMOD 可以同時控制多張音效卡)、設定 DSP buffer 大小、或是載入其它的 plug-in 等。
  • Sound 則是一段聲音的樣本 (sample)，已經準備好送往音效卡播出。Sound 的內部格式可能有三種：無壓縮、壓縮或串流：
    • 無壓縮 ：最單純的格式，直接把所有資訊存在記憶體中，播放時幾乎不需要 CPU 資源，但也很吃記憶體。適合長度短、會重覆播放許多次的音效。
    • 壓縮 ：如果使用 mp3 或 ogg 之類的格式儲存聲音，可以把資料以尚未解壓縮的方式先讀進記憶體中，播放時再即時解壓縮。這會需要多一點 CPU 資源，但可以減少記憶體用量，適合中等長度的聲音。
    • 串流 ：在串流模式下，讀取和播放是同時進行的，而記憶體中只會保留一小部分的樣本，因此幾乎不吃記憶體，但缺點是無法重覆播放，必需重開檔案或重新連線才能再播放一次。適合很長的背景音樂或是由網路傳輸的聲音。
  • Channel 代表正在播放聲音的實體。對於 Channel，你可以設定它的音量、播放的時間點、或是它在 3D 空間中的位置與速度。一個 Channel 只能播放一個 Sound，但同一個 Sound 可以讓由不同的 Channel 共享並同時播放。

馬上就來寫一個簡單的音樂播放程式。

播放聲音

一開始我們要先產生一個 System 物件，這可以用 FMOD_Create_System 達成： 

FMOD_SYSTEM
* 
sys
;

FMOD_RESULT
 
r
 = 
FMOD_Create_System
(
&
sys
)
;

if
(
r
 != 
FMOD_OK
){


cerr
 << 
"
Unable to create FMOD system: 
"


         << 
FMOD_ErrorString
(
r
)
 << 
endl
;

exit
(
1
)
;

}


所有 FMOD 的函式都會傳回 FMOD_RESULT 作為結果，我們可以檢查它是否等於 FMOD_OK 來判斷是否有錯誤發生。為了簡單起見，下面的程式碼中我會把這些檢查省略。(開始寫遊戲時可別省啊！)

接下來是對 System 初始化，並且載入一段 mp3 聲音： 

FMOD_System_Init
(
sys
, 
32
, 
FMOD_INIT_NORMAL
, 
0
)
;

FMOD_SOUND
* 
sound
;

FMOD_System_CreateSound
(
sys
, 
"
test.mp3
"
, 
FMOD_DEFAULT
, 
0
, &
sound
)
;


在 FMOD_System_Init 中，第一個參數是先前產生的 System 物件，第二個 32 則表示這個系統最多可以有 32 的 Channel，也就是最多可以同時播放 32 道聲音。第三和第四個參數可以設定一些進階的選項，在這個例子中都使用預設值即可。

而 FMOD_System_CreateSound 則會產生一個 Sound 物件。第一個參數同樣是 System，第二個則是我們要載入的聲音檔名稱，FMOD 會自行判斷檔案格式並把它解壓縮。如果想用壓縮或串流的方式讀檔，則需要設定第三個參數，這邊我們就先使用預設值。

最後就是把聲音放出來： 

FMOD_CHANNEL
* 
channel
;

FMOD_System_PlaySound
(
sys
, 
FMOD_CHANNEL_FREE
, 
sound
, 
0
, &
channel
)
;


FMOD_System_PlaySound 會讓某個 channel 開始播放聲音。其中第二個參數可以指定我們要拿哪一個 Channel 來播放，傳入 FMOD_CHANNEL_FREE 則是叫 FMOD 自行找一個可使用的 Channel 來播放。

但，程式並非到此就結束，別忘了聲音播放是在背景執行的，如果在這邊就結束程式，聲音也會馬上停止。因為這只是個簡單的播放程式，因此只要進入一段迴圈等聲音播完即可： 

FMOD_BOOL
 
playing
 = 
1
;

while
(
playing
){


#ifdef
 
WIN32


Sleep
(
10
)
;

#else


usleep
(
10000
)
;

#endif


FMOD_Channel_IsPlaying
(
channel
, &
playing
)
;

FMOD_System_Update
(
sys
)
;

}


我使用了 Unix 上的 usleep，因此迴圈中的程式碼每 0.01 秒會執行一次。Windows 上則改用 Sleep。

FMOD_Channel_IsPlaying 可以拿來檢查 Channel 是否已經放完全部的聲音，因此聲音播放完就可以跳出迴圈。FMOD_System_Update 則是更新 System，包括呼叫 callback 或是設定聲音的 3D 位置等。在這例子中可能不太重要，但若使用到其它功能時就一定要呼叫 update 了。

最後播放完，則使用 FMOD_Sound_Release 與 FMOD_System_Release 釋放系統資源： 

FMOD_Sound_Release
(
snd
)
;

FMOD_System_Release
(
sys
)
;


這麼一來這個簡單的播放程式就完成了！

加入 3D 效果

接下來我們加上一點 3D 效果吧。首先我們要在建立 Sound 時指定 3D 的功能： 

FMOD_System_CreateSound
(


sys
,

"
test.mp3
"
,

FMOD_LOOP_OFF
 | 
FMOD_3D
 | 
FMOD_HARDWARE
,

0
,

    &
sound


)
;


這邊看起來有點複雜，但其實只是指定這個聲音並不重覆播放 (FMOD_LOOP_OFF)、加入 3D 效果 (FMOD_3D) 以及使用硬體加速 (FMOD_HARDWARE)。先前所使用的 FMOD_DEFAULT 其實只是把 3D 改成 2D 而已，其它選項完全相同。

接下來我們可以用 FMOD_Channel_Set3DAttributes 來設定 Channel 在空間中的位置及速度： 

FMOD_VECTOR
 
pos
;

pos
.
x
 = 
0.0
f
;

pos
.
y
 = 
0.0
f
;

pos
.
z
 = 
2.0
f
;

FMOD_Channel_Set3DAttributes
(
channel
, &
pos
, 
NULL
)
;


第二個參數即為位置，使用者預設是位於 (0,0,0) 的地方，前方為正Ｚ軸，左方為正Ｘ，上方為正Ｙ。第三個參數則是速度，如果不需要模擬都卜勒效應，給 NULL 即可。

上面的程式碼會把音源放在使用者前方兩個單位的位置。當然，如果聲源不會移動，就沒有意思了： 

while
(
playing
){


#ifdef
 
WIN32


Sleep
(
10
)
;

#else


usleep
(
10000
)
;

#endif


FMOD_Channel_IsPlaying
(
channel
, &
playing
)
;


unsigned
 
int
 
msec
;

FMOD_Channel_GetPosition
(
channel
, &
msec
, 
FMOD_TIMEUNIT_MS
)
;


float
 
angle
 = 
3.1415926
f
 * 
msec
 / 
4000.0
f
;

pos
.
x
 = 
2.0
f
 * 
sin
(
angle
)
;

pos
.
z
 = 
2.0
f
 * 
cos
(
angle
)
;

FMOD_Channel_Set3DAttributes
(
channel
, &
pos
, 
NULL
)
;

FMOD_System_Update
(
sys
)
;

}


這邊我們會讓聲源繞著使用者轉圈圈，使用 FMOD_Channel_GetPosition 可以得到目前播放的時間點，由這個時間乘上速度 (八秒鐘一圈，也就是四秒鐘所轉動的弧度π)，即可得到轉動角，再套上 sin/cos 就可以得到新的位置了。

完整的程式碼在這裡：sample.cpp 。這支程式加了一些錯誤處理，並且使用命令列參數當作播放檔案。執行時要先等一段時間 (因為使用非壓縮的方式)，然後應該能聽到聲音在繞著使用者轉圈圈。

結語

FMOD 在使用上還滿簡單的，複雜的解壓縮、混音、硬體控制等全部都被包裝起來，因此遊戲製作人員不需要再花額外的功夫處理。唯一不滿的地方就是它的 C++ interface 實在設計不良，完全沒有用到 C++ 威力 (連 OOP 都沾不上邊)，這也是為什麼我都使用 C interface 的原因：兩者並沒有明顯的不同。

撇開這不談，FMOD 功能夠強、跨平台又免費，的確很適合製作遊戲。當然早有許多商業或免費遊戲使用 FMOD 來播放聲音。