使用PainterEngine物理模型钢琴播放midi音乐

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物理钢琴合成《魔女之旅》op
https://www.pianoworld.cn/video/1528363889401618432
PainterEngine中集成了一个物理建模钢琴,你可以在PX_Piano.h PX_Piano.c中查阅到它的完整相关源代码,这篇文章是该物理建模钢琴的API使用教程。
PainterEngine为此提供了2个简化API接口，一个是PX_Piano，一个是PX_PianoModel，它们提供的接口函数几乎是一样的，不同的是：

PX_Piano是实时生成模型,它依据给入参数实时合成音频的PCM流,它需要更少的运行内存空间,但这也这意味着它将耗费更多的CPU运行资源。
PX_PianoModel是静态合成模型,它使用给出的钢琴参数预生成静态的击键PCM音频流,之后使用该音频流进行混音,它只需要很少的CPU运行资源,但是它的初始化将需要较长的时间,同时将占用更多的运行时内存空间。

其中，PX_Piano公开API定义如下：

函数名称	功能
PX_PianoInitialize	使用默认参数初始化物理建模钢琴
参数说明
mp	内存池
pPiano	Piano的指针
返回值	返回PX_TRUE表示模型初始化成功,否者表示初始化失败

函数名称	功能
PX_PianoInitializeEx	使用钢琴模型参数初始化物理建模钢琴
参数说明
mp	内存池
pPiano	Piano的指针
keyparam	钢琴88键的声学模型参数,你可以给出一个PX_NULL或0表示默认参数
soundboardparam	钢琴声板的参数(滤波器参数),你可以给出一个PX_NULL或0表示默认参数
返回值	返回PX_TRUE表示模型初始化成功,否者表示初始化失败

函数名称	功能
PX_PianoIndexToKey	将钢琴按键索引转换为键名
参数说明
index	按键索引
keyName	输出的键名
例	PX_PianoIndexToKey(51,name)中的name为C4

函数名称	功能
PX_PianoTriggerKey	按下钢琴的一个键
参数说明
pPiano	Piano的指针
index	按键索引
v	按键的力度

函数名称	功能
PX_PianoGo	从物理钢琴模型中读取一段混音后的PCM流,这个数据流是一个归一化后的float类型
参数说明
pPiano	pPiano的指针
out	输出PCM流的指针
samples	读取流的个数
返回值	-

函数名称	功能
PX_PianoFree	释放Paino的资源
参数说明
pPiano	Piano的指针
返回值	-

其中，PX_PianoModel公开API定义如下：

函数名称	功能
PX_PianoModelInitialize	初始化PianoModel(这是一个耗时较长的函数,你可以通过访问该结构体的initialize_process成员来获取其初始化进度,其范围是0-1
参数说明
pModel	PianoModel的指针
keyparam	钢琴88键的声学模型参数,你可以给出一个PX_NULL或0表示默认参数
soundboardparam	钢琴声板的参数(滤波器参数),你可以给出一个PX_NULL或0表示默认参数
返回值	返回PX_TRUE表示模型初始化成功,否者表示初始化失败

函数名称	功能
PX_PianoModelGo	从物理钢琴模型中读取一段混音后的PCM流,这个数据流是一个归一化后的float类型
参数说明
pModel	PianoModel的指针
out	输出PCM流的指针
count	读取流的个数
返回值	-

函数名称	功能
PX_PianoModelTriggerKey	按下钢琴下的一个按键
参数说明
pModel	PianoModel的指针
keyName	按键的名称,例如A1,#A1,C4,#C4...
返回值	-

函数名称	功能
PX_PianoModelTriggerIndex或PX_PianoModelTrigger	按下钢琴下的一个按键
参数说明
pModel	PianoModel的指针
index	按键的索引,索引范围是0-87,分别对应钢琴88键盘从最左(第0键)到最右(第87键)
返回值	-

函数名称	功能
PX_PianoModelFree	释放PainoModel的资源
参数说明
pModel	PianoModel的指针
返回值	-

示范代码





魔女之旅

以下示范代码以播放魔女之旅Op《リテラチュア》为例(白毛女孩纸谁不爱呢?),创建一个PainterEngine工程,在PX_Application.c中输入以下代码:
#include "PainterEngine_Application.h"
PX_Application App;

PX_PianoModel pianomodel;//钢琴模型
PX_Midi midi;//midi解析器

//sound buffer回调函数,将合成PCM流输入到音频设备
px_void PX_ApplicationSoundPlay(px_void* userptr, px_byte* buffer, px_int size)
{
    px_int i;
    px_int count = size / 4;//计算需要的采样数量
    px_short* pPCM = (px_short*)buffer;
    for (i = 0; i < count; i++)
    {
        px_float out = 0;
        PX_PianoModelGo(&pianomodel, &out, 1);//取得1个采样点
        pPCM[0] = (px_int16)(out * 32768 * 3);//将归一化数据转换为PCM16(int16)数据输出到声道0,*3表示放大音量
        pPCM[1] = (px_int16)(out * 32768 * 3);//将归一化数据转换为PCM16(int16)数据输出到声道1,*3表示放大音量
        pPCM += 2;
    }
}

//midi解析器的回调函数
px_void PX_Application_MidiCallback(struct _PX_Midi* midi, px_byte opcode, px_byte  track, px_byte  instrument, px_byte Note, px_byte velocity, px_void* userptr)
{
    //如果是midi按键按下的消息
    if (opcode== PX_MIDI_OPCODE_MASK_NOTEON)
    {
        //判断按键力度(速度)
        if (velocity)
        {
            //在钢琴模型中按下对应按键
            PX_PianoModelTrigger(&pianomodel, PX_MidiNoteToPianoKey(Note));
        }
    }

}
px_bool PX_ApplicationInitialize(PX_Application *pApp,px_int screen_width,px_int screen_height)
{
    PX_ApplicationInitializeDefault(&pApp->runtime, screen_width, screen_height);
    //初始化混音器
    PX_SoundPlayInitialize(&pApp->runtime.mp_game, &pApp->runtime.soundplay);
    PX_AudioInitialize(&pApp->runtime.soundplay);
    //初始化钢琴模型
    PX_PianoModelInitialize(&pianomodel, 0, 0);
    //初始化midi解析器
    PX_MidiInitialize(&midi, &pApp->runtime.mp_game, PX_Application_MidiCallback, pApp);
    //加载一个midi文件
    PX_LoadMidiFromFile(&midi, "D:\\test.mid");
    //设置音频回调函数
    PX_SoundPlaySetUserRead(&pApp->runtime.soundplay, PX_ApplicationSoundPlay, 0);
    //解析器开始解析midi
    PX_MidiPlay(&midi);
    //设置1个四分音符的时间间隔
    PX_MidiSetQuarterNoteDuration(&midi, 480);
    return PX_TRUE;
}

px_void PX_ApplicationUpdate(PX_Application *pApp,px_dword elapsed)
{
    //更新midi消息以触发回调
    PX_MidiUpdate(&midi, elapsed);
}

px_void PX_ApplicationRender(PX_Application *pApp,px_dword elapsed)
{
    px_surface *pRenderSurface=&pApp->runtime.RenderSurface;
    PX_RuntimeRenderClear(&pApp->runtime,PX_OBJECT_UI_DEFAULT_BACKGROUNDCOLOR);

}

px_void PX_ApplicationPostEvent(PX_Application *pApp,PX_Object_Event e)
{
    PX_ApplicationEventDefault(&pApp->runtime, e);
}