Некоторые предположения здесь с моей стороны, так как я только баловался с написанием некоторых аспектов того, о чем вы спрашиваете, и у меня нет опыта работы с какими-либо конкретными библиотеками. Хороша вероятность того, что что-то существует и появится.
Тем не менее, мне интересно, можно ли будет использовать игровой движок Unreal или Unity. Оба, насколько я помню, предоставляют возможность загружать свои собственные сигналы и поддерживать 3D, включая допплер.
Что касается написания своего, многое зависит от того, что вы уже знаете. При использовании одноточечного микрофона (в отличие от стерео) смещение высоты звука не так сложно. Существует методика, которая включает в себя пошаговое прохождение данных DSP аудиофайла с использованием линейной интерполяции для шагов, которые лежат между точками данных, которая считается достаточной для большинства целей. Много триггеров тоже, чтобы отслеживать изменения в скорости.
Однако, если мы имеем дело со стерео, оно становится более сложным, в зависимости от того, как далеко вы хотите зайти с ним. Голова маскирует высокие частоты, поэтому потребуется фильтрация в реальном времени. Также было бы хорошо реализовать задержку, чтобы соответствовать разному времени прибытия на каждое ухо. И если вы начнете говорить о пиннах, я выйду из своей лиги.