專利名稱：使用非真實感(npr)3d地圖的3d導航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子導航地圖，更具體地說，本發(fā)明涉及繪制用于電子導航地圖的圖像。
背景技術(shù)：
由于導航地圖視覺地標出諸如博物館、飯店、公園和商圈之類的地標和其它興趣點(Ρ0Ι)，因此這些地圖是游客到不熟悉城市的重要資源。當依賴于二維(2D)導航地圖的大多車載和便攜式導航設備(PND)通過2D使這些地標和POI顯現(xiàn)時，三維(3D)車載導航系統(tǒng)也正在涌現(xiàn)。這些3D導航系統(tǒng)的大部分使用真實感繪制技術(shù)來顯現(xiàn)3D建筑、地標和Ρ0Ι。在該顯現(xiàn)方案中，需要精確的幾何模型和詳細的真實感建筑紋理。這些系統(tǒng)需要這些 繪制的3D建筑、道路或其它對象的呈現(xiàn)盡可能地與真實的建筑、道路或其它對象匹配。因此，當駕駛員透過擋風玻璃看到真實的3D建筑時，他或她將進行真實感匹配來認出3D地標。一方面，2D導航系統(tǒng)幾乎不顯現(xiàn)我們3D世界的細節(jié)。另一方面，基于逼真3D地圖的導航系統(tǒng)嘗試顯現(xiàn)我們3D世界的每一個細節(jié)，而這是不需要的?，F(xiàn)有技術(shù)既沒公開也沒暗示用于以簡潔方式(其不具有不需要的細節(jié))在導航地圖上呈現(xiàn)建筑、地標和其它3D對象的繪制的方法，使得用戶可以容易地將這些繪制與他觀察到的現(xiàn)實生活中的場景相匹配，并且只需要較低水平的計算資源來生成這些繪制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了通過使用非真實感(NPR)或有表現(xiàn)力的繪制技術(shù)，通過只顯現(xiàn)和突出重要細節(jié)來對2D地圖和逼真3D地圖之間的差距進行過渡的3D導航系統(tǒng)。典型的NPR繪制風格可以包括卡通型繪制，如 Adam Lake > Car I Marshal I > Mark Harris、Marc Blackstein在 2000 年的 NPAR ' 00:Proceedings of the 1st international symposium onNon-photorealistic animation and rendering 中的 “Stylized rendering techniquesfor scalable real-time 3Danimation”里所公開的，故將該文獻全部內(nèi)容以引用方式并入本文。另一種典型的NPR繪制風格是鉛筆素描，如Hyunjun Lee>Sungtae Kwon>SeungyongLee 在 2006 年的 NPAR ' 06:Proceedings of the 1st international symposium onNon-photorealistic animation and rendering 中的 “Real-time pencil rendering” 里所公開的，故將該文獻全部內(nèi)容以引用方式并入本文。另一種典型的NPR繪制風格是鋼筆畫描繪，如 2001 年歐洲圖形學會 Bert Freudenberg、Maic Masuch> Thomas Strothotte 在“Walk-Through 11lustrations:Frame-Coherent Pen-and-ink Style in a Game Engine，，中所公開的，故將該文獻全部內(nèi)容以引用方式并入本文。另外的典型NPR繪制風格還可以包括油畫效果和其它繪畫風格。本發(fā)明用其一種形式包括一種顯示導航地圖的方法，該方法包括自動地確定車輛的位置。識別與所述車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)?；谒鰯?shù)據(jù)，繪制非真實感圖像。向用戶電子顯示所述非真實感圖像。
本發(fā)明用其另一種形式包括一種車載電子導航地圖配置，其包括三維地圖數(shù)據(jù)的源。所述數(shù)據(jù)與車輛的位置相關(guān)聯(lián)。非真實感三維地圖繪制引擎通信耦合到所述三維地圖數(shù)據(jù)的源。所述引擎基于所述數(shù)據(jù)來繪制非真實感三維圖像。用戶接口通信耦合到所述引擎，并包括顯示屏，其中所述顯示屏電子顯示所述非真實感三維圖像。本發(fā)明用其另一種形式包括一種顯示導航地圖的方法，該方法包括自動地確定車輛的位置。識別與所述車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)。從用戶接收輸入。所述輸入指示所述用戶請求的非真實感圖像風格?；谒鰯?shù)據(jù)和基于所述輸入，繪制非真實感圖像。向用戶電子顯示所述非真實感圖像。本發(fā)明的一種優(yōu)點在于與真實感繪制技術(shù)相比，NPR繪制技術(shù)可以提供更簡單和更有表現(xiàn)力的顯現(xiàn)。
本發(fā)明的另一種優(yōu)點在于與現(xiàn)有的逼真的3D導航系統(tǒng)相比，用于3D車載導航的NPR 3D地圖提高駕駛員方位和地標識別。就本質(zhì)而言，由于人們生活在3D世界中，因此與2D地圖相比，3D地圖可以提高駕駛員方位感。但是，真實感3D繪制提供太多的細節(jié)，而這些對于導航目的而言將引起不需要的分心。NPR繪制可以通過突出3D對象的最重要特征(例如，形狀、深度線索、顏色變化)來進行識別，而省略細微細節(jié)。本發(fā)明的另一種優(yōu)點在于與現(xiàn)有的逼真的3D導航系統(tǒng)相比，用于3D車載導航的NPR 3D地圖可以減少地圖更新的需求。真實3D世界的細節(jié)頻繁地改變。逼真3D地圖請求進行頻繁的地圖更新，以便與這些改變同步和一致。這些更新對于終端用戶和數(shù)據(jù)提供商來說都是一種負擔。由于NPR提供3D世界的更簡單和有表現(xiàn)力的顯現(xiàn)，因此可以極大地減少地圖更新。本發(fā)明的另一種優(yōu)點在于與現(xiàn)有的逼真的3D導航系統(tǒng)相比，用于3D車載導航的NPR 3D地圖可以通過避免“真實感匹配”來減少認知負荷。當使用逼真的3D地圖時，由于逼真的3D地圖提高用戶的對照片圖像的預期，因此用戶將趨向于將所繪制的3D對象的所有細節(jié)與真實世界中的細節(jié)進行匹配。根據(jù)照片圖像的程度，使得用戶花更多的時間來匹配所有的細節(jié)(真實感匹配)。相反，當使用NPR 3D地圖時，用戶可以避免“真實感匹配”。例如，如果始終使用某種風格(例如，特定的NPR效果)來繪制郵局，則用戶可以快速地接受和理解以下事實該建筑是郵局，以替代思考和將真實感繪制的郵局的外觀與真實的郵局建筑進行匹配。本發(fā)明的另一種優(yōu)點在于與現(xiàn)有的逼真的3D導航系統(tǒng)相比，用于3D車載導航的NPR 3D地圖對于用戶更有吸引力。在給定不同的NPR風格提供的藝術(shù)效果的情況下，NPR3D地圖是非常有吸引力的。此外，由于不同的用戶具有不同的喜好，因此每一個用戶可以選擇他喜愛的繪制風格，并將該風格落實到3D導航地圖中。


通過結(jié)合附圖來考慮本發(fā)明的實施例的下面描述，本發(fā)明的上面提及的特征和對象與其它特征和對象，以及實現(xiàn)這些特征和對象的方式，將變得更加顯而易見，并且發(fā)明本身也將更好理解，其中圖I是本發(fā)明的3D地圖繪制配置的一個實施例的框圖。圖2是用于可擴展的實時3D動畫的示例性卡通風格繪制技術(shù)，其可適合用于本發(fā)明的3D地圖繪制方法的至少一些實施例。圖3是示例性鋼筆畫風格繪制，其可適合用于本發(fā)明的3D地圖繪制方法的至少一些實施例。圖4是示例性鉛筆繪制，其可適合用于本發(fā)明的3D地圖繪制方法的至少一些實施例。圖5是示例性卡通風格繪制，其可適合用于本發(fā)明的3D地圖繪制方法的至少一些實施例。圖6是描繪用于顯示導航地圖的本發(fā)明的方法的流程圖。
貫穿幾個視圖的相應附圖標記指示相應的部件。雖然本申請羅列的示例以幾種形式描繪了本發(fā)明的實施例，但下面公開的實施例并不是詳盡的，或者旨在被解釋為將本發(fā)明的保護范圍限制于所公開的精確形式。
具體實施例方式本發(fā)明可以提供使用NPR 3D地圖的3D導航的方法，其包括導航地圖中針對3D對象的風格化顯現(xiàn)。在3D導航地圖上顯示的3D對象可以包括建筑、地標、Ρ0Ι、危險點和道路?？梢曰谝圆煌姆绞缴傻?D對象數(shù)據(jù)，來生成NPR 3D地圖。數(shù)據(jù)提供商可以用僅適合于真實感繪制的格式(例如，具有逼真的紋理的多邊形網(wǎng)格)來提供3D數(shù)據(jù)。在該情況下，可以增強這種數(shù)據(jù)以用于NPR繪制。此外，針對風格化NPR繪制，還可以通過重建2D數(shù)據(jù)來生成3D數(shù)據(jù)。例如，可以根據(jù)不具有或者具有另外信息(例如，建筑的類型、建筑的高度等等)的建筑的2D輪廓，來生成3D建筑數(shù)據(jù)。在該處理中，可以基于3D建筑的類型，應用特定的規(guī)則，使得相同類型的建筑的風格或外觀是一致的。例如，具有不同的2D輪廓的郵局建筑可以仍然具有類似的風格外觀?，F(xiàn)參見附圖，具體參見圖1，該圖示出了本發(fā)明的3D地圖繪制配置10的一個實施例，其可以與諸如機動車、船只、飛機等等之類的車輛相關(guān)聯(lián)。也就是說，配置10可以安裝在車輛內(nèi)。配置10可以包括3D地圖數(shù)據(jù)的源12、NPR 3D地圖繪制引擎14和用戶接口 16。3D地圖數(shù)據(jù)的源12可以具有緊致碟(CD)或者其它存儲器設備的形式?；蛘撸?D地圖數(shù)據(jù)可以由中央發(fā)射機(沒有示出)向較大數(shù)量的車輛進行無線地發(fā)送，其中這些車輛每一個都具有各自的3D地圖繪制配置10。這種無線傳輸可以由引擎14進行接收。3D地圖數(shù)據(jù)的源12還可以包括用于實時地確定車輛的全球位置坐標的全球定位系統(tǒng)(GPS)模塊(沒有示出)。基于該車輛的當前位置，識別對于該車輛中的人來說感興趣的相應3D地圖數(shù)據(jù)，并將其提供給引擎14。NPR 3D地圖繪制引擎14可以包括標準的電子處理器，后者將來自源12的3D地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成非真實感圖像數(shù)據(jù)。NPR圖像數(shù)據(jù)可以具有各種風格，例如，卡通型繪制、鉛筆素描、鋼筆畫描繪、油畫效果和其它繪畫風格。NPR繪制可以描述對象的表面以及這些對象的獨特特征或公知特征。用戶接口 16可以布置在車輛的儀表盤上，其可以包括顯示屏18和控制設備20。顯示屏18可以包括用于控制在該屏幕或監(jiān)視器上顯示的信息或內(nèi)容的處理器和存儲器。通常，顯示屏18可以呈現(xiàn)或描述從引擎14接收的NPR 3D圖像數(shù)據(jù)。
控制設備20可以具有刻度盤、旋鈕、設置的按鈕、操縱桿、麥克風或者上面的任意組合的形式。用戶可以使用控制設備20來向引擎14提供反饋22。反饋22可以指示引擎14產(chǎn)生另一組的圖像數(shù)據(jù)(例如，描述另一個場景、對象或?qū)ο蠹膱D像數(shù)據(jù))?；蛘?，反饋22可以指示引擎14改變觀看當前的圖像數(shù)據(jù)集時的觀看角度。該觀看角度可以從周圍的俯視鳥瞰視圖變換成在建筑或者景觀處從地平面或者街頭仰視的角度。在另一個實施例中，不是源12提供3D地圖數(shù)據(jù)，而是源12提供一個或多個建筑的2D輪廓加上一些另外信息(例如，建筑的類型和高度)。在該情況下，引擎14可以首先生成建筑的3D結(jié)構(gòu)，隨后針對該建筑應用NPR繪制。圖2-5描繪了在現(xiàn)有技術(shù)中沒有應用到導航領(lǐng)域的各種NPR風格。圖2_5中的這些風格里的每一個，可以適合結(jié)合本發(fā)明的NPR 3D地圖繪制方法來使用。具體而言，圖2描繪了用于可擴展的實時3D動畫的卡通型風格繪制技術(shù)；圖3描繪了鋼筆畫繪制；圖4描繪了實時鉛筆繪制；圖5描繪了卡通風格NPR 3D地圖，其是可以由本發(fā)明繪制的NPR 3D地圖的示例。在圖5中，基于一些建筑的輪廓，以NPR風格描述了這些建筑的前部。幾何數(shù)據(jù)可以由繪制引擎14生成。圖5中以本發(fā)明的NPR風格描述了一些其它建筑，例如，其上具有“B0SCH”的建筑。對于這些“B0SCH”建筑，幾何形狀和原始紋理可以由數(shù)據(jù)提供商進行提供，這種幾何形狀和原始紋理通常只用于真實感繪制。但是，根據(jù)本發(fā)明，NPR引擎14可以執(zhí)行某種處理，以使用NPR外觀提供這些建筑的描繪。在一個實施例中，用戶能夠?qū)D5中描述的視圖的角度調(diào)整為任何觀看角度或者在地平面或之上的任何位置。例如，用戶可以在沿著這些建筑中的任意一個或全部周圍的360度的幾乎無限數(shù)量的角度之中選擇。此外，用戶可以選擇沿著垂直面的任何向下觀看角度。本發(fā)明提供了一些新穎性特征，其包括使用非真實感繪制的3D導航系統(tǒng)。另一個新穎性特征是實現(xiàn)或增加3D導航的個性化的能力。例如，用戶能夠選擇描述建筑或自然景觀所使用的NPR風格(例如，卡通、鋼筆畫、鉛筆等等)。此外，用戶還能夠選擇圖像中的哪些建筑或自然景觀將使用NPR繪制來描述。在一個實施例中，用戶能夠在觸摸屏顯示器上觸摸建筑或自然景觀，以使系統(tǒng)繪制該建筑或自然景觀的NPR圖像。而顯示的圖像中的其它建筑或自然景觀，以通用或非真實感風格方式描述。但是，在本發(fā)明的另一個實施例中，所有的建筑、道路和自然特征以相同的特定風格來繪制，其中該風格可以由用戶進行選擇。本發(fā)明的另一個新穎性特征是針對NPR 3D導航重新使用逼真的3D導航的3D數(shù)據(jù)。也就是說，可以增強或者修改逼真的3D導航數(shù)據(jù)，以便在繪制NPR 3D導航圖像時使用。本發(fā)明的另一個新穎性特征是生成用于NPR 3D導航中的風格化呈現(xiàn)的3D數(shù)據(jù)。該風格化呈現(xiàn)可以包括建筑的僅選擇的、可識別的方面的描述，以便不使圖像雜亂，以及簡化用戶的識別任務。例如，在圖5的實施例中，僅僅NPR描述的建筑上的較大表面、窗戶和大型標牌才包括在圖像中。如上所述，本發(fā)明提供了一些現(xiàn)有技術(shù)既沒公開也沒暗示的方面，其包括將NPR 繪制用于3D導航；針對3D導航系統(tǒng)，使用多種NPR風格中的任意一種，從而實現(xiàn)個性化的3D導航系統(tǒng)；針對NPR 3D導航，重新使用現(xiàn)有的真實感3D對象數(shù)據(jù)；生成用于NPR 3D導航中的風格化呈現(xiàn)的3D數(shù)據(jù)。
圖6描繪了用于顯示導航地圖的本發(fā)明的方法600的實施例。在第一步驟602中，自動地確定車輛的位置。例如，圖I的配置可以包括GPS或者自動且連續(xù)地更新與該配置相關(guān)聯(lián)的車輛的當前位置(其可以用全球坐標來表示)的其它設備。在下一個步驟604，識別與該車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)。例如，基于在步驟602確定的車輛位置，從諸如CD之類的存儲器設備獲取與該車輛的附近相關(guān)聯(lián)的地圖數(shù)據(jù)?；蛘?，可以從地圖數(shù)據(jù)的中心資源庫無線地接收與該車輛的附近相關(guān)聯(lián)的地圖數(shù)據(jù)。不管如何接收，該地圖數(shù)據(jù)都可以包括3D數(shù)據(jù)，其中該3D數(shù)據(jù)描述位于該車輛附近的建筑和自然景觀的形狀、尺寸、顏色和窗口。在另一個實施例中，該地圖數(shù)據(jù)包含建筑的2D輪廓數(shù)據(jù)。在該情況下，繪 制引擎14可以基于該數(shù)據(jù)的2D輪廓，生成3D建筑。接著，在步驟606，從用戶接收輸入。該輸入指示用戶請求的非真實感圖像風格。例如，用戶可以使用用戶接口 16上的控制設備20，來選擇圖2-5中描述的NPR繪制風格中的一種。在一個實施例中，用戶可以在卡通風格、鋼筆畫風格和鉛筆風格之間進行選擇。對于用戶來說，還可以針對不同的建筑和/或地標，選擇不同的風格。例如，通過使用反饋22，用戶可以針對自然景觀(例如，樹木或者山脈)選擇卡通風格，針對建筑或者其它人造結(jié)構(gòu)選擇鉛筆風格。在步驟608，基于所述數(shù)據(jù)和基于所述輸入，繪制非真實感圖像。也就是說，繪制引擎14可以基于從源12接收的3D數(shù)據(jù)來生成NPR圖像，該NPR圖像可以以用戶請求的風格來生成。在最后的步驟610中，向用戶電子顯示該非真實感圖像。在一個實施例中，在用戶接口 14的屏幕18上，顯示引擎14所繪制的NPR圖像。雖然將本發(fā)明描述成具有示例性設計方案，但本發(fā)明還可以在所公開內(nèi)容的精神和保護范圍之內(nèi)進行修改。因此，本申請旨在覆蓋使用本發(fā)明的通用原理的其任何變型、使用或調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種顯示導航地圖的方法，包括下面步驟 自動地確定車輛的位置； 識別與所述車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)； 基于所述數(shù)據(jù)，繪制非真實感圖像；以及 向用戶電子顯示所述非真實感圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，用卡通風格、鋼筆畫風格和鉛筆風格中的至少一種來繪制所述非真實感圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述識別步驟包括尋找與所述車輛的位置相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述識別步驟包括從三維數(shù)據(jù)的中心資源庫無線地接收所述數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括下面步驟 基于來自所述用戶的反饋，修改所述非真實感圖像的觀看角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述數(shù)據(jù)描述所述建筑的形狀、尺寸、顏色和窗□。
7.一種車載電子導航地圖配置，包括 地圖數(shù)據(jù)的源，所述數(shù)據(jù)與車輛的位置相關(guān)聯(lián)； 與所述地圖數(shù)據(jù)的源通信耦合的非真實感三維地圖繪制引擎，所述引擎配置為基于所述數(shù)據(jù)來繪制非真實感三維圖像；以及 與所述引擎通信耦合的用戶接口，所述接口包括顯示屏，所述顯示屏配置為電子顯示所述非真實感三維圖像。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述引擎配置為用卡通風格、鋼筆畫風格和鉛筆風格中的至少一種來繪制所述非真實感三維圖像。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述地圖數(shù)據(jù)的源包括三維地圖數(shù)據(jù)的源。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述地圖數(shù)據(jù)包括建筑的二維輪廓、所述建筑的類型和所述建筑的高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的配置，其中，所述引擎配置為生成所述建筑的三維結(jié)構(gòu)，生成所述建筑的非真實感繪制。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述數(shù)據(jù)源配置為從三維數(shù)據(jù)的中心資源庫無線地接收所述數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述繪制引擎配置為基于來自所述用戶的反饋，修改所述非真實感圖像的觀看角度。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配置，其中，所述數(shù)據(jù)描述所述車輛周圍的建筑的形狀、尺寸、顏色和窗口。
15.一種顯示導航地圖的方法，包括下面步驟 自動地確定車輛的位置； 識別與所述車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)； 從用戶接收輸入，所述輸入指示所述用戶請求的非真實感圖像風格； 基于所述數(shù)據(jù)和基于所述輸入，繪制非真實感圖像；以及向用戶電子顯示所述非真實感圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述非真實感圖像風格包括卡通風格、鋼筆畫風格和鉛筆風格中的一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述識別步驟包括尋找與所述車輛的位置相關(guān)聯(lián)的三維數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述識別步驟包括從布置在所述車輛之中的緊致碟獲取所述數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述識別步驟包括從三維數(shù)據(jù)的中心資源庫無線地接收所述數(shù)據(jù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括下面步驟 基于來自所述用戶的反饋、以及描述所述建筑的形狀、尺寸、顏色和窗口的數(shù)據(jù)，修改所述非真實感圖像的觀看角度。
全文摘要
一種顯示導航地圖的方法包括自動地確定車輛的位置。識別與該車輛周圍的建筑相關(guān)聯(lián)的三維或2D數(shù)據(jù)。基于該數(shù)據(jù)，繪制該車輛周圍的3D對象的非真實感圖像。向用戶電子顯示該非真實感圖像。
文檔編號G06T15/02GK102639962SQ201080054149
公開日2012年8月15日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者任騮 申請人:羅伯特·博世有限公司