不同辅音的发音动作在观感上极容易混淆,普通话学习者难以从发音动作上分辨。因此,研究一种基于Navier-Stokes方程的语音可视化方法,使得易混淆辅音的区分度更高,对学习辅音具有重要意义。本文统计分析了易混淆辅音气流参数的差异性;重点设计实现了基于Navier-Stokes方程的发音气流可视化模型,结合DFFD算法实现了模拟发音气流运动动画和发音器官运动动画的3D说话人,并基于3D说话人设计实现了普通话发音教学软件。本文的特色之处是模拟普通话发音过程中气流的运动过程,并进行动画显示,依此设计实现的3D说话人在模拟辅音发音时,提高了易混淆辅音的辨识度。本文主要研究工作为:(1)完成了普通话发音气流数据采集与处理分析。完成了普通话发音气流数据采集与处理分析流程框图设计,选取气流持续时间、气流峰值速率和气流量等气流特征变量作为区分易混淆辅音的特征参数,基于语音端点检测进行音节切分,完成了声韵切分,统计分析气流参数,实现发音气流波形仿真。(2)完成了普通话发音气流可视化建模与仿真分析。完成了普通话发音气流可视化建模流程设计;基于Navier-Stokes方程,求解发音气流运动的速度场和密度场,通过普通话辅音发音气流参数求解速度场和密度场的外力分量,采用后向差分法求解扩散分量,用线性插值法求解速度场和密度场在速度作用下的水平对流分量,实现发音气流运动建模;完成普通话发音气流可视化仿真。(3)设计实现了基于发音气流建模的3D说话人系统。基于DFFD算法和发音气流建模方法,通过EMA数据驱动3D说话人动画模型,通过PAS设备采集的发音气流数据驱动发音气流动画模型,实现了显示发音器官运动动画、操作3D说话人模型、操作控制点和显示发音气流速度场和密度场等功能,与不带发音气流信息的3D说话人对比,本文实现的3D说话人对易混淆辅音有更高的辨识度;设计了眼动实验分析3D说话人发音效果。(4)设计实现了普通话发音教学系统软件。完成了普通话发音教学系统软件的整体架构和总体功能设计;设计实现了用户信息管理模块、基于3D说话人的发音练习模块和听力练习模块;完成了系统功能模块的测试。