地图显示系统、地图数据处理装置、地图显示装置和方法制造方法及图纸

地图数据处理部分把原始三维地图数据分成用树结构表示三维地图的数据结构的布景图数据和用于绘制在该三维地图中包括的物体的绘制数据，并处理该布景图数据和该绘制数据。地图数据显示部分通过参考布景图数据指定显示区域，并根据指定的显示区域读取和显示绘制数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地图显示系统、地图数据处理装置、地图显示装置、和地图显示方法，其用于一般导航系统，如汽车导航系统和用于给步行者显示到其目的地的路线的步行导航系统，本专利技术特别涉及具有显示三维地图的功能的地图显示系统、地图数据处理装置、地图显示装置、和地图显示方法。
技术介绍
在近几年里，用于汽车导航系统的三维地图显示技术得到了发展，已经可以在汽车导航屏幕上显示三维地图。这样，通过汽车导航系统，用户能够以三维方式知道当前位置与诸如周围建筑和十字路口的三维结构的关系。同样，在诸如个人数字助理(PDA)和便携式电话的终端上已经安装或可选地安装用于了解当前位置的全球定位系统(GPS)。因此，用于引导持有这种终端的用户从当前位置去往其目的地的步行导航系统已经投入实际使用。而且，能够通过硬件实时高速地在这种便携式终端的屏幕上绘制(render)三维图形的三维图形绘制引擎最近已经投入实际使用，甚至在便携式终端上也能够高速绘制图形。硬盘也可以安装在汽车导航装置上。同样，外设大容量存储器，如Memory Stick(Memory Stick(记忆棒)是索尼公司的注册商标)，可以安装在诸如PDA的便携式终端上。大量的数据，如三维地图数据，被存储在这样的存储器中，使得可以高速访问这些数据。布景图(scene graph)，显示三维图形的一种技术，用于绘制有复杂结构的物体。图33A和33B显示了利用布景图构造的物体的例子。图33A显示了作为物体的三维机器人140，图33B显示了构造该物体的部分。图34显示了呈现图33A所示物体的结构的布景图的例子。图35显示了构成用布景图呈现的物体的部分的配置。例如，为了表现图33A所示的机器人140，预先定义了用作头或身体的部分141、用作胳膊的部分142、用作腿的部分143，而部分ID，如“1”、“2”、和“3”，被分别分配给部分141、142、和143，以进行管理，如图33B所示。这些部分的位置关系从一个根来描述，从而每一部分都在缩放比例、旋转、平移(translation)方面以此顺序转换，如在图34的布景图中所定义。从而，例如，如图35所示，表现并绘制(render)机器人的头141a、身体141b、左臂142a、右臂142b、左腿143a、和右腿143b。通常，有多种用于描述布景图的格式和多种用于管理布景图的应用编程接口(API)可用。Softimage公司的虚拟现实造型语言(VRML)和XSI(商标)是典型的格式。已知Java3D(注册商标)和OpenInventor(商标)是能够管理布景图的API。一种能够在布景图中用K维树结构(更具体的，6维树结构)定义三维建筑物以便于搜索的数据保持方法已经被公开，例如，在公开号为10-293862的日本未审批专利申请中(图14)。相反地，尽可能精确地实现高速绘制而不降低三维物体外形轮廓的详细度级别(level of detail)(LOD)技术已经被使用。图36至38说明了LOD技术的例子。例如，如图36所示，根据LOD技术，为要绘制的物体预先准备多个详细度级别，如物体150为级别1，物体151为级别2，而物体152为级别3。为了绘制，根据与观察点(摄像机155的位置)的距离选择处于最合适的详细度级别的物体。例如，对于与摄像机155非常接近的物体，绘制级别1的物体150；对于与摄像机155距离较远的物体，绘制级别2的物体151；对于与摄像机155距离非常远的物体，绘制级别3的物体152。因此，与必须为任何位置的任何物体绘制全部数据的常规技术相比较，通过引入LOD技术，可以实现了为远离摄像机的物体绘制简化数据，而为位于摄像机附加的物体绘制详细数据，如图38所示。这样，由于可以在不降低三维物体的外形轮廓的情况下减少图形绘制引擎的负担，所以可以提高绘制速度。为了在通信期间实时发送和绘制三维数据时避免帧下降(framedropping)，在公开号为2002-279449的日本未审专利申请公开(第0072段至第0077段)中公开了一种通过采用LOD技术根据详细度级别对物体分类并通过延迟绘制细节部分而以帧频避免帧下降的方法。有许多种LOD技术，一种四叉树结构(quadtree structure)被广泛用作适用于具有类似三维地图的结构的物体数据的技术。按照该技术，在特定平面如三维地图上广泛分布的三维数据，通过根据物体的详细度级别分入处于多个等级级别的节点，而被记录，并且在每个等级级别上每个节点被分成四个节点。图39至41说明了四叉树结构。在图39中，原始数据160被分到三个等级级别上的节点，如节点161的级别1具有大物体；节点162的级别2具有中等大小的物体；而节点163的级别3具有小物体，在每个等级级别上每个节点被分成四个节点。从而，可以通过执行对每个节点的绘制来实现LOD，使得为接近观察点的物体绘制高详细度级别的节点，而为远离观察点的物体绘制低详细度级别的节点。例如，如图40所示，如果与摄像机170的距离超过阈值(远平面)171，则不执行绘制。如果与摄像机170的距离在阈值171和阈值172之间，则绘制仅在最低详细度级别的节点的地图。如果与摄像机170的距离在阈值172和阈值173之间，则绘制第二低详细度级别的节点的地图。如果与摄像机170的距离在阈值173和阈值174之间，则绘制第三低详细度级别的节点的地图。如果与摄像机170的距离在阈值174和阈值(近平面)175之间，则绘制最高详细度级别的节点的地图。如果与摄像机170的距离低于阈值175，则不执行绘制。图41显示了怎样实现LOD四叉树结构。首先，假定存在覆盖例如地表面的二维宽平面内构成的整个数据空间的正方形180，正方形180被分成四个相等的分平面(divided surface)180a、180b、180c、和180d。多个分平面延伸的组成部分181和182被认为是广泛延伸的巨大组成部分。因此，组成部分181和182存储在较高等级级别的节点190。提供对应于各分平面180a、180b、180c、和180d的节点191a、191b、191c、和191d，作为较低等级级别的子节点，并且将其它组成部分归到相应的子节点。通过根据需要重复这样的处理，地图可以根据详细度级别分级构成。具体地，当该方法应用于三维地图时，该地图可以自动分级构成(虽然用于定义等级级别边界上的物体是例外)，如最高等级级别的节点用于存储在广域扩展的山脉、海洋、道路；较低等级级别的节点用于存储如建筑物的大结构；而最低等级级别节点用于存储房子、信号灯、交通标志等等。因此，可以采用LOD技术有效地绘制三维地图。对于以最近已经变得很常见的三维汽车导航系统来代表的各种三维导航系统，三维地图必须以高精确度高速实时绘制。然而，用众所周知的布景图来表现三维地图需要处理极大量的数据，这使得难以进行高速处理。另外，在众所周知的四叉树结构中，作为地标的高大建筑很可能被分到针对小物体的节点。这样，远离观察点的高大建筑即使在实际可见时也可能被忽略。为了避免这种情况，需要诸如绘制包括高大建筑的节点的处理。然而，这种用于确定节点是否包括高大建筑的处理降低了绘制速度并使数据省略的重大意义降级。另外，不仅需要高速绘制，而且需要显示适于地标的关注点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有显示三维地图的功能的地图显示系统，包括：地图数据处理部分，用于把三维地图数据分成用树结构表示三维地图的数据结构的布景图数据和用来绘制该三维地图中包括的物体的绘制数据，并处理该布景图数据和该绘制数据；以及地图数据显示部 分，用于参考布景图数据指定显示区域，并根据指定显示区域读取和显示绘制数据。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：龟田健司，香田夏雄，伊藤淳平，长田尚宪，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]