AudioNimbus - Steam Audioの空間オーディオ機能を扱えるRustラッパー

## はじめに

ゲーム開発やオーディオアプリケーションを作る際、空間オーディオ（Spatial Audio）は没入感を高める重要な要素です。特にVRやARアプリケーションでは、リアルな音響効果が体験の質を大きく左右します。

Valveが開発した「Steam Audio」は強力な空間オーディオツールキットです。今回は、Rustで空間オーディオを実装できる「AudioNimbus」というラッパーライブラリと空間オーディオについて紹介します。

## AudioNimbusとは

[AudioNimbus](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus)は、Steam Audioの機能をRustから使えるようにするラッパーライブラリです。次の2つのクレートで構成されています：

1. [`audionimbus`](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus/tree/master/audionimbus): Steam Audioの高レベルで安全なラッパー
2. [`audionimbus-sys`](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus/tree/master/audionimbus-sys): Steam Audio C APIの自動生成された低レベルバインディング

## Steam Audioとは

まず、Steam Audioについて簡単に説明しておきましょう。

Steam Audioは、Valveが開発した空間オーディオのためのツールキットです。音の方向性、距離による減衰、反射、残響など、リアルな音の伝搬をシミュレートします。

https://steamcommunity.com/games/596420/announcements/detail/521693426582988261?l=japanese

## 主な機能

AudioNimbusを通じて使える空間オーディオ効果は多岐にわたります：

### 1. 頭部伝達関数（HRTF）

HRTFは、リスナーの耳、頭、肩がどのように音の知覚を形作るかをシミュレートします。これにより、脳が方向や距離を推測するために使用する音響的な手がかりを提供します。

実際の例では、プレイヤーの背後から迫る足音や、頭上を飛ぶ弾丸の音など、立体的な音響体験を作り出すのに使われます。


### 2. アンビソニックスとサラウンドサウンド

複数のオーディオチャンネルを使用して、特定の方向から音が聞こえるという感覚を生み出します。360度の音響環境を表現するのに適しています。

### 3. 音の伝搬

音が環境を通って伝わる際の影響をモデル化します。距離による減衰や、さまざまな材質の物理的障害物との相互作用などの効果が含まれます。

### 4. 反射

周囲の形状から音波が反射する様子をシミュレートし、実世界の音響動作を模倣します。これにより、部屋の大きさや材質に応じた自然な反響が生まれます。

## 使用例

AudioNimbusを使った基本的な実装例を見てみましょう。以下は、3D空間内に音源を配置し、リスナー（プレイヤー）の位置に応じた音の変化を処理する簡単な例です：

```rust
use audionimbus::*;
use std::error::Error;

fn main() -> Result<(), Box<dyn Error>> {
    // オーディオコンテキストの初期化
    let context = Context::try_new(&ContextSettings::default())?;
    
    let audio_settings = AudioSettings {
        sampling_rate: 48000,
        frame_size: 1024,
    };
    
    // HRTF（頭部伝達関数）の設定
    let hrtf = Hrtf::try_new(&context, &audio_settings, &HrtfSettings::default())?;
    
    // バイノーラル効果の作成
    let binaural_effect = BinauralEffect::try_new(
        &context,
        &audio_settings,
        &BinauralEffectSettings { hrtf: &hrtf },
    )?;
    
    // 入力オーディオデータ生成 (例：440Hzの正弦波)
    let input: Vec<Sample> = (0..audio_settings.frame_size)
        .map(|i| {
            (i as f32 * 2.0 * std::f32::consts::PI * 440.0 / audio_settings.sampling_rate as f32)
                .sin()
        })
        .collect();
    
    // 入力バッファの作成
    let input_buffer = AudioBuffer::try_with_data(&input)?;
    
    // 出力バッファの準備（ステレオ出力用）
    let num_channels = 2;
    let mut output = vec![0.0; audio_settings.frame_size * num_channels];
    let output_buffer = AudioBuffer::try_with_data_and_settings(
        &mut output,
        &AudioBufferSettings {
            num_channels: Some(num_channels),
            ..Default::default()
        },
    )?;
    
    // バイノーラル効果の適用 (音源が右から聞こえる設定)
    let binaural_effect_params = BinauralEffectParams {
        direction: Direction::new(
            1.0, // 右方向
            0.0, // 上方向
            0.0, // 後方向
        ),
        interpolation: HrtfInterpolation::Nearest,
        spatial_blend: 1.0,
        hrtf: &hrtf,
        peak_delays: None,
    };
    
    let _effect_state = binaural_effect.apply(
        &binaural_effect_params, 
        &input_buffer, 
        &output_buffer
    )?;
    
    // この時点で output には空間化された音声データが入っています
    // 実際のアプリケーションではこれをオーディオデバイスに送信します
    
    Ok(())
}
```

## 始め方

1. まず、Steam Audioライブラリをダウンロードしてセットアップします：
   - [Steam Audioリリースページ](https://github.com/ValveSoftware/steam-audio/releases)から`steamaudio_4.6.0.zip`をダウンロード
   - 解凍し、自分のプラットフォーム用のライブラリを適切な場所に配置
   - Windows 64-bitの場合は`phonon.dll`、Linux 64-bitの場合は`libphonon.so`など

2. プロジェクトにAudioNimbusを追加します：

```toml
# Cargo.toml
[dependencies]
audionimbus = "0.1.0"
```

[公式リポジトリ](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus)のサンプルコードを参考にしてください

## まとめ

AudioNimbusは、RustからSteam Audioの強力な空間オーディオ機能を使えるようにするラッパーライブラリです。ゲーム開発やVR/ARアプリケーションなど、没入型の音響体験が必要なプロジェクトに役立ちそうです。

現在のバージョンはまだv0.1.0で、Steam Audio 4.6.0に対応しています。ライブラリのAPIは公式のドキュメントやテストコードで詳しく確認できます。実装例は[リポジトリのテスト](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus/tree/master/audionimbus/tests)やデモも参照すると良いでしょう。

## 参考リンク

- [AudioNimbus GitHub](https://github.com/MaxenceMaire/audionimbus)
- [Steam Audio 公式サイト](https://valvesoftware.github.io/steam-audio/)