CN106326334A - 一种电子地图的显示、生成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电子地图的显示方法，用于解决现有技术中客户端显示的电子地图对应的观察视角比较单一，灵活性较差的问题，所述方法包括：客户端接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；客户端根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。本申请还提供了一种电子地图的显示装置；一种电子地图的生成方法和一种电子地图的生成装置。

Description

一种电子地图的显示、生成方法和装置

技术领域

本申请涉及电子地图技术领域，尤其涉及一种电子地图的显示、生成方法和装置。

背景技术

电子地图是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的数字地图，通常包括有2维电子地图、3维电子地图和2.5维电子地图。2维电子地图是对现实世界的一种抽象表示，在表达上具有不够直观、负载的空间信息较少等缺陷，并不能真实完整的反映现实世界。3维电子地图较2维电子地图而言具有高效、直观、立体、通视的特点，能更真实地表达客观世界，且能够对地物模型进行3维显示、分析和操作，但由于数据量大、成本高等因素，3维电子地图的应用范围也受到了限制。

相对于2维电子地图和3维电子地图而言，2.5维电子地图既符合当前的技术条件，又迎合了现实的应用需求。2.5维电子地图是将3维立体的地物模型(后称三维地物模型)按照一定的投影规则映射到某一投影平面上，以展示地物模型3维立体效果的2维图形。2.5维电子地图除了继承2维电子地图在数据采集、输入输出、空间数据分析与处理等方面的强大功能外，其自然、真实、丰富的空间实体表现能力，弥补了2维电子地图图形表现的局限性，同时避免了3维电子地图数据量大以及成本高等问题。

目前，针对2.5维电子地图而言，一般是由电子地图服务器(简称服务器)保存用于拼接电子地图的图块，电子地图客户端(简称客户端)根据需求从服务器下载图块并利用图块拼接电子地图。

从现有技术中不同客户端所显示的电子地图来看，目前不同的客户端所显示的电子地图，均是对应于同一观察视角的电子地图。比如，显示的是按照某个固定的俯仰角来观察地面上的各种元素(包括山川、河流及建筑物等)，所得到的电子地图。这样的电子地图显示方式，灵活性较差，难以满足不同用户的实际需求。

发明内容

本申请实施例提供一种电子地图的显示方法，用于解决现有技术中客户端显示的电子地图对应的观察视角比较单一，灵活性较差的问题。

进一步地，本申请实施例还提供了一种电子地图的显示装置，用于解决现有技术中客户端显示的电子地图对应的观察视角比较单一，灵活性较差的问题。

本申请实施例还提供一种电子地图的生成方法和装置。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种电子地图的显示方法，包括：客户端接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；客户端根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；其中所述图块集集合，包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

优选地，所述电子地图显示指令中，还包括所述世界坐标系中的显示区域的位置信息；客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块，包括：客户端根据所述显示区域的位置信息，以及所述获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，从所述获取到的图块集包含的图块中，选取在世界坐标系中的坐标落入所述显示区域的图块；客户端根据选取的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载选取出的图块。

优选地，客户端根据选取的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载选取出的图块，包括：客户端根据选取出的图块在世界坐标系中的坐标，所述图像坐标系中的预设拼接基准点在世界坐标系中的坐标，以及所述图像坐标系中单个像素在所述世界坐标系中所对应的地理距离，拼接并加载选取出的图块。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种电子地图的生成方法，包括：服务器生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；服务器根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。

优选地，所述观察视角，包括俯仰角和/或旋转角；所述俯仰角，为相机坐标系中的摄像机光轴与所述世界坐标系中的指定平面之间的夹角；所述指定平面，为由所述世界坐标系中的X轴和Y轴确定的平面；所述X轴，为所述世界坐标系中的正方向指向正东方向的坐标轴；所述Y轴，为所述世界坐标系中的正方向指向正北方向的坐标轴；所述旋转角，为所述摄像机光轴相对于所述世界坐标系中的Z轴的旋转角度；所述Z轴，为所述世界坐标系中垂直于所述指定平面的坐标轴。

优选地，所述图块，为摄像机视图相对于图像坐标系进行平移的过程中，以所述摄像机光轴指向所述三维地物模型的方向为投影方向，按照设定的观察视角，采用平行投影的方式将所述三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；所述摄像机视图，为相机坐标系中的、垂直于所述摄像机光轴的平面。

优选地，所述观察视角包括俯仰角时，服务器根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，包括：服务器针对任一图块分别执行：根据所述摄像机视图的中心点在所述平移过程中所处的初始位置在所述世界坐标系中的坐标、投影时所述摄像机视图与所述指定平面在所述世界坐标系中相距的距离、所述摄像机视图在所述世界坐标系中的尺寸、所述俯仰角和该图块与所述初始位置对应的图块之间间隔的图块个数，计算该图块在所述世界坐标系中的坐标。

优选地，所述观察视角包括俯仰角和旋转角时，服务器根据世界坐标系中的所述选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，包括：服务器针对任一图块分别执行：根据所述摄像机视图的中心点在所述平移过程中所处的初始位置在所述世界坐标系中的坐标、投影时所述摄像机视图与所述指定平面在所述世界坐标系中相距的距离、所述摄像机视图在所述世界坐标系中的尺寸、所述俯仰角、所述旋转角和该图块与所述初始位置对应的图块之间间隔的图块个数，计算该图块在所述世界坐标系中的坐标。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种电子地图的显示装置，所述显示装置应用在客户端，所述显示装置包括：接收单元，图块获取单元和拼接加载单元，其中，所述接收单元，用于接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；所述图块获取单元，用于根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；其中，所述图块集集合，包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；所述拼接加载单元，用于根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种电子地图的生成装置，所述生成装置应用在服务器，所述生成装置包括：图块集生成单元和坐标确定单元，其中，所述图块集生成单元，用于生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；所述坐标确定单元，用于根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

由于服务器生成的图块集集合中，包括至少两个分别对应于不同观察角度的图块集，因此，当接收到的电子地图显示指令中包含用户期望的观察角度时，可以获取与所述期望的观察角度对应的图块集中的图块进行拼接，以显示电子地图。从而相较于现有技术只能显示对应于某个固定的观察视角的电子地图而言，本申请实施例提供的方案灵活性较高，能够满足不同用户的实际需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中的相机成像的几何关系示意图；

图2为本申请实施例中的图像坐标系和相机坐标系的几何关系示意图；

图3为本申请实施例提供的电子地图生成方法的实现流程示意图；

图4为本申请实施例中的投影示意图；

图5为本申请实施例中正射投影示意图；

图6为本申请实施例中存在旋转角的投影示意图；

图7为本申请实施例提供的电子地图显示方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决现有技术中客户端显示的电子地图对应的观察视角比较单一，灵活性较差的问题，本申请实施例提供一种电子地图的显示方法。

为便于读者理解，在对该电子地图的显示方法进行介绍前，先对一些技术进行简单介绍。该些技术包括：一、电子地图从生成到显示的实现方式；二、与生成电子地图有关的三个坐标系；三、客户端和服务器协作为用户显示电子地图的实现方式。以下分别对这些技术进行一一介绍。

一、电子地图从生成到显示的实现方式

一般地，电子地图从生成到显示一般需要经过以下几个步骤：

(1)首先以道路、河流等为自然边界，将待生成电子地图的地理区域划分为若干个区块；

(2)通过拍摄照片等方式对建筑物，道路、河流、山体等实物进行素材采集；

(3)对一定比例尺的数字线划图进行提取、缩编等操作制作成基础地理底图；

(4)根据素材采集过程中采集到的素材，结合一定的卫星影像图对建筑物、山体等地物在地理底图上建立三维地物模型(简称模型)。此外，为保证每一个模型在地理底图上的位置与该模型对应的实物在地球表面上的位置精确一致，可以将模型轴心点设置在其下表面中心点位置，从而便于确定模型在地理底图上的位置；

(5)根据步骤(4)中得到的模型，结合一定的投影原理对模型进行投影，得到某一固定视角的效果图，例如从朝向东北的角度对上述模型进行俯视投影得到效果图，在得到效果图后还可以在效果图上添加步骤中(4)中没有建模但实际存在的实物，如道路、桥梁、水系、绿化带等；

(6)将效果图分割成图块；

(7)将分割到的图块发布到电子地图下载平台，以使得诸如客户端等可以实现：从该平台下载图块，并利用下载的图块拼接出电子地图并显示。

在上述电子地图的生成以及显示过程中，现有技术通过执行步骤(5)，通常只生成对应于某个固定的观察视角的投影图，因此在步骤(7)中，以客户端为例，客户端拼接出并显示的电子地图，也只是对应于该固定观察视角的电子地图。

此外需要说明的是，在上述步骤(5)中，对三维地物模型进行投影，会涉及到相机坐标系和图像坐标系，而在利用图块拼接出电子地图并显示时，则又会涉及到世界坐标系。以下对这三个坐标系进行简单介绍。

二、与生成电子地图有关的三个坐标系

这里所说的与生成电子地图有关的三个坐标系，包括相机坐标系、图像坐标系和世界坐标系。以下逐一简单介绍。

如图1所示，为相机(或者说摄像机)成像的几何关系图。其中，O点为摄像机光心(投影中心)，Xc轴和Yc轴与成像平面坐标系的x轴和y轴平行，Zc轴为摄像机光轴，和图像平面xO1y垂直，点O和点O1之间线段的长度为摄像机的焦距。其中，点O所在位置，相当于相机(或摄像机)镜头中心点所在位置。连接点光轴与图像平面的交点为图像的主点O1，由点O与Xc、Yc和Zc轴组成的直角坐标系，称为摄像机的坐标系，即相机坐标系。

世界坐标系，是为了描述相机(或摄像机)的位置而被引入的，如图1中坐标系OwXwYwZw即为世界坐标系。平移向量t和旋转矩阵R可以用来表示相机坐标系与世界坐标系的关系。所以，假设空间某点在世界坐标系下的齐次坐标是(Xw，Yw，Zw，1)^T(这里T是表示转置的符号)，在相机坐标下的齐次坐标是(Xc，Yc，Zc，1)^T，则存在如下的关系：

$\left[\begin{array}{c}Xc\\ Yc\\ Zc\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R& t\\ \stackrel{\→}{0}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Xw\\ Yw\\ Zw\\ 1\end{array}\right]=M_1\left[\begin{array}{c}Xw\\ Yw\\ Zw\\ 1\end{array}\right]$

上式中，R是3×3的正交单位矩阵(也成为旋转矩阵)，t是三维的平移向量。矢量0＝(0，0，0)，M1是4×4矩阵。

请参照图2，为图像坐标系和相机坐标系的几何关系图。图2中，图像平面(Imageplane)所在的平面坐标系就是图像坐标系；而投影中心o以及坐标轴i、j、k组成相机坐标系。其中，坐标轴k，为相机(摄像机)光轴。图中的f，为相机(摄像机)的焦距。

本申请实施例中，后文所述的摄像机视图，是位于相机坐标系中的平面。后文中描述的对三维地物模型进行投影得到的图块，是位于图像坐标系中的平面。三维地物模型所对应的地物，则是位于世界坐标系中的实际物体。

三、客户端和服务器协作

本申请实施例中，客户端，主要用于负责从服务器下载电子地图(具体而言是下载用于拼接电子地图的图块)，并拼接图块以显示电子地图；服务器，则主要用于生成电子地图。

以下先介绍，在本申请实施例中，服务器如何生成电子地图。然后，再介绍客户端如何执行本申请实施例提供的电子地图的显示方法，以实现显示电子地图。

如图3所示，为本申请实施例提供的一种电子地图的生成方法，以实现在用户对于电子地图对应的观察视角有不同的需求时，使得客户端能够满足不同用户的需求。以下对图3所示的该方法进行详细介绍。

步骤S11：服务器生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；

单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的。

本申请实施例中所述的地物，通常包括地面上各种有形状的实物，如建筑物、道路、山川、植被、河流等。该实施例中提到的三维地物模型，可以是按照地表的地物的形状尺寸建立的三维数字模型(简称模型)，如根据建筑物或山体等的形状尺寸建立的三维模型；根据一个城市中的建筑物，山体等建立的城市三维模型等。

上述三维地物模型建立一般是基于一定的坐标系而建立的，例如web墨卡托投影坐标系，或者图4所示的世界坐标系OXYZ等。该实施例以三维地物模型建立在世界坐标系为例进行说明。基于该世界坐标系，通过摄像机视图(如图4所示的以A、B、C、D几个点为顶点的矩形平面，也可称为面ABCD)观察到的三维地物模型部分投影到图像坐标系中，可得到相应的一个图块。其中，图像坐标系在图4中未图示。本领域技术人员可以理解，图像坐标系中的图块，是与通过摄像机视图中心的摄像机光轴相垂直的一个图像。

本申请实施例中，可以将面ABCD与XOY平面之间存在的角度称为俯仰角，面ABCD相对于Z轴逆时针旋转的角度称为旋转角。另外X轴通常是所述世界坐标系中的正方向指向正东方向的坐标轴，Y轴为所述世界坐标系中的正方向指向正北方向的坐标轴。

由前文已知，该步骤中提到图块集集合，是由图块集构成的集合。单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的。一个图块集中包含的图块，其对应的旋转角又或者是俯仰角等角度是确定的，一个图块集中的所有图块拼接之后能够显示出一个视角的电子地图。就图块的生成方式而言，所述图块，可以是如图4所示的摄像机视图(即面ABCD)相对于图像坐标系进行平移的过程中，以通过摄像机视图中心的摄像机光轴指向三维地物模型的方向为投影方向，按照设定的观察视角，采用平行投影的方式将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的。一般地，所述摄像机视图，与相机坐标系中的摄像机光轴的关系为：垂直关系。

以下将结合得到图块时的投影原理，对图块集中的图块的生成方法进行说明。如图2所示，面ABCD为摄像机视图，三维地物模型位于地理底图上，地理底图与面XOY重合，为了避免中心投影方式导致的场景元素“近大远小”问题，保证摄像机视图内三维地物模型投影比例一致，本申请实施例规定在投影得到图块过程中，设置摄像机投影方式为平行投影，那么，按照这样的投影方式将摄像机视图内所有元素以平行投影方式投影到图像坐标系中。

进行投影得到图块时：

首先，根据三维地物模型所处的地理底图中的边界点，如图4中LT(x，y)、RB(x，y)两点，在XOY平面内确定投影范围，图4所示的XOY平面内的虚线所围范围代表了投影范围，同时代表了地理底图对应的地理范围；

然后，设置摄像机视图宽度W与长度H，以及设置期望得到的图块的图像分辨率。本申请实施例中，W和H的值可以相等，各图块的图像分辨率可以预定为256×256。由于摄像机视图的宽度W和长度H，为在世界坐标系中的长度，因此由摄像机视图的尺寸以及图块的图像分辨率，可得到图块的每个像素在世界坐标系中分别代表的X方向和Y方向的实际地理距离δx、δy。其中，δx＝W/256，δx＝H/256。例如一个图像坐标系中的图块，在世界坐标系中对应于50米×50米的地理区域，并且，该图块的图像分辨率为256×256，那么，该图块包含的单个像素在世界坐标系中代表的X方向的实际地理距离δx可以由50除以256得到，即0.195米，类似地，该图块包含的单个像素在世界坐标系中代表的Y方向的实际地理距离δy可以由50除以256得到，即0.195米。最后，控制摄像机视图的位置变化实现模拟航拍过程，从而得到各个图块。这里所说的模拟航拍的过程，具体是指，保持摄像机视图与世界坐标系中的参考基准之间的角度不变(如保持摄像机视图与XOY平面之间的夹角不变)，并保持摄像机视图相距XOY平面的距离(也即摄像机视图的高度)不变，按从左到右、从上到下的规则移动摄像机视图。即，以摄像机视图位于点LT上方，作为摄像机视图所处的初始位置，按照所述规则移动摄像机视图，直至摄像机视图移动至位于点RB上方。通过这样的移动方式，可以保证所述投影范围内的三维地物模型，均被投影面A′B′C′D′覆盖过。摄像机视图每移动一次，位于摄像机视图投影区域内的三维地物模型会被投影到图像坐标系一次，从而得到一个图块。按照这样的方式，最终得到对应于整个所述投影范围的各个图块，进而将得到的所有图块保存在一个图块集中。改变摄像机视图与世界坐标系中的参考基准之间的角度后，按照上述模拟航拍过程，可以继续得到另一个包含有大量图块的图块集。

需要说明的是，所述摄像机视图与世界坐标系中的参考基准之间的角度，即为本申请实施例中所述的观察视角。当所述的参考基准为图4中的XOY平面时，摄像机视图与XOY之间的夹角为观察视角，可称为俯仰角；当所述的参考基准为图4中的Z轴时，摄像机视图相对于Z轴的旋转角度为观察视角，可称为旋转角。

本申请实施例中，所述的至少两个分别对应于不同观察视角的图块集，可以包括：

分别对应于不同的俯仰角的图块集；或者

分别对应于不同的旋转角的图块集；或者

至少一个对应于某俯仰角的图块集，以及，至少一个对应于某旋转角的图块集；

等等。

步骤S12：服务器根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。

图块的坐标，在本申请实施例中，一般是指位于图块左上角的那个像素点(后称P点)在世界坐标系中的坐标。P点在世界坐标系的坐标P(x，y)是拼接图块制作电子地图的关键与前提，尽量确保P点的正确性和精确性，才能在后续电子地图显示时保证图块之间的无缝拼接。以下分别针对本申请实施例中可能涉及到的不同角度类别的图块，分别介绍在一个图块集中，如何确定该图块集中的各个图块在世界坐标系中的坐标。该坐标，也即图块的P点在世界坐标系中的坐标。

1)图块为正射投影图时

图块为正射投影图，即图块的生成过程为：

如图5所示，在摄像机视图与世界坐标系中的XOY平面相平行的情况下，以通过摄像机视图中心的摄像机光轴指向三维地物模型的方向为投影方向，通过平行移动摄像机视图，采用平行投影的方式将三维地物模型投影到图像坐标系中得到各个图块。其中，所述摄像机视图与所述摄像机光轴垂直。

若假设图5所示的投影面A′B′C′D′的四个顶点的坐标，为图像坐标系中的某矩形图块的四个顶点对应的世界坐标系的坐标，那么，投影面A′B′C′D′左上角点在世界坐标系中坐标A′(x，y)，就是我们期望计算的P点在世界坐标系中的坐标。因面ABCD平行于面XOY，则图5所示的面ABCD中心点在世界坐标系中的坐标centerV(x，y)与投影面A′B′C′D′中心点在世界坐标系中的坐标centerP(x，y)满足：

centerV(x,y)＝centerP(x,y) (1)

又因面ABCD到面A′B′C′D′属于平行投影，则A′(x，y)坐标满足：

$\left\{\begin{array}{c}{A}^{\′}.x=centerP.x-W*0.5\\ A^{\′}.y=centerP.y+H*0.5\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，A′.x为A′(x，y)坐标中的X轴的坐标，A′.y为A′(x，y)坐标中的Y轴的坐标；W为摄像机视图的宽度，H为摄像机视图的长度，该实施例中W和H相等，并且，该实施例中，W和H为单个图块在世界坐标系中代表的宽度和长度。结合公式(1)和公式(2)可知，摄像机视图中心点的初始位置在世界坐标系中的坐标centerV(x，y)决定图块左上角A′(x，y)点在世界坐标系中的坐标。其中，摄像机视图中心点的初始位置，假设位于世界坐标系中的点LT(x，y)的正上方。

本申请实施例中，在计算A′(x，y)点的坐标时，首先根据如图4中的LT(x，y)、两点(图5中未示出)决定的世界坐标系中的矩形框的长度和宽度，结合单个图块在世界坐标系中代表的宽度W和长度H，计算一个图块集中包含的所有图块所构成的图块矩阵的列数nc和行数nr。

定义数组arrc[nc]、arrr[nr]，0≤i≤nc、0≤j≤nr，其中，i表示图块在图块矩阵中所处的列的编号，j表示图块在图块矩阵中所处的行的编号。那么，图块矩阵左上角的图块定义为arrc[0]、arrr[0]，使arrc[i]、arrr[j]则表示图块矩阵中第i列第j行的图块在图块矩阵中所处的位置。为避免相邻图块在拼接后从视觉效果上看来图块之间存在裂缝，因此本申请实施例中采取了保证上下、左右均有部分重叠区域的方式——即，可以设置摄像机视图在模拟航拍过程的单次移动量为摄像机视图长或宽的90％。上述摄像机视图中心点在世界坐标系中的坐标LT(x，y)为基准点的坐标，由基准点坐标推算其他平移后的摄像机视图中心点位置，摄像机视图平移时，任意摄像机视图中心点满足：

$\left\{\begin{array}{c}centerV.x=LT.x+arrc\[i\]*W*0.9\\ centerV.y=LT.y-arrr\[j\]*H*0.9\end{array}\right.---\left(3\right)$

由公式(1)～(3)可得在无俯仰角无旋转角的正射投影情况下，任意图块左上角点P_n(x,y)在世界坐标系中的坐标计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_n.x=LT.x+arrc\[i\]*W*0.9-W*0.5\\ P_n.y=LT.y-arrc\[j\]*H*0.9+H*0.5\end{array}\right.---\left(4\right)$

公式中的n，用于表示投影方式为：无俯仰角无旋转角的正射投影。

2)图块为存在俯仰角的投影图时

无俯仰角的正射投影效果图与二维平面图效果差异不够明显，增加俯仰角可表现出三维地物模型的高度信息，以及模型之间的遮挡关系，增强电子地图的空间实体表现能力。

结合图4和图5可知，将图5所示的摄像机视图ABCD绕X旋转即可产生俯仰角，角度为α。由于俯仰角的存在，摄像机视图在模拟航拍过程中对所述三维地物模型投影到图像坐标系从而得到图块后，图块在世界坐标系的XOY平面中投影得到的投影平面在Y轴方向上被拉伸，说明长度为H的摄像机视图投影得到的图块在世界坐标系中代表的实际地理距离H′满足：

H′＝H/cosα (5)

以摄像机视图中心点在世界坐标系中初始位置的坐标LT(x，y)为基准点，已知摄像机视图中心点LT(x，y)到XOY平面距离H_c，则有：

$tan\mathrm{\α}=\frac{LT.y-H^{\′}*0.5-centerV.y}{Hc}---\left(6\right)$

根据公式(5)和公式(6)即可得出基准点LT(x，y)在世界坐标系中的Y轴坐标centerV.y为：

$centerV.y=LT.y-tan\mathrm{\α}*Hc-\frac{H}{2cos\mathrm{\α}}---\left(7\right)$

由式(1)、(2)、(4)、(7)可得，存在俯仰角而无旋转角的情况下，经由模拟航拍过程得到的任意图块左上角点在世界坐标系中的坐标P_h(x，y)的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_h.x=LT.x+arrc\[i\]*W*0.9-W*0.5\\ P_h.y=LT.y-tan\mathrm{\α}*Hc-\frac{H}{2\cos \mathrm{\α}}-arrc\[j\]*H*0.9+H*0.5\end{array}\right.---\left(8\right)$

由公式(8)可知，存在俯仰角α而无旋转角的情况下，图块在世界坐标系下的X轴坐标P_h.x的计算公式，与图块为正射投影图时在世界坐标系下的X轴坐标P_h.x的计算公式相同。其中，LT(x，y)为摄像机视图中心点的初始位置(基准点)在世界坐标系中的坐标。另外，公式中的h，用于表示该公式对应的模拟航拍过程中的投影方式为：有俯仰角无旋转角的投影。

3)图块为存在俯仰角和旋转角的投影图时

如图6所示，Y轴正方向指向正北方向，X轴正方向指向正东方向，水平旋转摄像机视图之前，摄像机视图即人眼观察方向朝向Y轴正方向，面ABCD为摄像机视图在XOY面内投影。经水平旋转β角度后，人眼观察方向朝向Y′方向。为保证电子地图制作完成后视觉角度与此时观察角度相同，将OY′指向设为假定意义的正北方向，建立局部坐标系，原点不变，以OX′方向为X轴方向，以OY′方向为Y轴方向。以Z轴(0，0，1)为旋转轴，β为旋转角创建坐标系转换矩阵T：

$T=\left(\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& sin\mathrm{\β}& 0\\ -sin\mathrm{\β}& \cos \mathrm{\β}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)---\left(9\right)$

则经水平旋转后任意图块左上角点P_r(x，y)坐标满足：

P_r(x,y,0)＝P_h(x,y,0)T (10)

经坐标系变换后，当俯仰角与水平旋转同时存在情况下，根据公式(9)和公式(10)，任意图块左上角点P_r(x，y)在世界坐标系中的坐标计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_r.x=P_n.xcos\mathrm{\β}+P_h.ysin\mathrm{\β}\\ P_r.y=-P_n.xsin\mathrm{\β}+P_h.ycos\mathrm{\β}\end{array}\right.---\left(11\right)$

公式中的r，用于表示投影方式为：有俯仰角和有旋转角的投影。

上述分别介绍了正射投影、存在俯仰角以及同时存在俯仰角和旋转角的情况下得到图块时，图块的左上角坐标点的确定方法。在确定每个图块在世界坐标系中的坐标之后，在后续生成电子地图时，可以根据图块的坐标P(x，y)，以及图块的每个像素在X方向和Y方向分别代表的实际地理距离δ_x、δ_y来确定图块之间的位置关系，具体确定过程如下：

首先可以定义图块矩阵中左上角的位置所对应的图块的顺序为arrc[0]、arrr[0]，以该图块在世界坐标系中的坐标作为其它图块拼接的基准点，P_(i,j)(x,y)表示第arrc[i]，arrr[j]张图块在世界坐标系中的坐标，则第arrc[i]，arrr[j]张图块与基准点图块之间在图像坐标系中沿X轴方向的像素个数和沿Y轴方向的像素个数可以分别按以下公式确定：

其中，δ_x、δ_y为图块的每个像素在世界坐标系中分别代表的实际地理距离，由上述公式，根据每个图块和基准点的图块之间间隔的像素个数，以及单个图块包含的像素个数，即可确定出每个图块在图像坐标系的位置，实现图块之间的拼接。

通过上述步骤S12，使得服务器得到的图块集中的每个图块，均对应有世界坐标系中的坐标。之后，服务器可以发布图块集以及图块集中包含的各图块在世界坐标系中的坐标，以便客户端可以下载图块集以及图块集中包含的各图块在世界坐标系中的坐标。

采用本申请实施例提供的电子地图生成方法，由于服务器生成的图块集集合中，包括至少两个分别对应于不同观察角度的图块集，因此，当后续客户端接收到的电子地图显示指令中包含用户期望的观察角度时，客户端可以获取服务器提供的、与所述期望的观察角度对应的图块集中的图块进行拼接，以显示电子地图。从而相较于现有技术只能显示对应于某个固定的观察视角的电子地图而言，本申请实施例提供的方案灵活性较高，能够满足不同用户的实际需求。

上述实施例详细介绍了电子地图的生成方法，与电子地图的生成方法相对应，本申请还提供一种电子地图的显示方法实施例，如图7所示，该方法实施例包括以下几个步骤：

步骤S21：客户端接收电子地图显示指令，所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；

这里所说的观察视角，比如可以为俯仰角和/或旋转角。

此外，所述电子地图显示指令中除了包括所述观察视角的信息外，还可以包括之前提到的摄像机视图中心点的初始位置在世界坐标系内的坐标、投影时的摄像机视图到世界坐标系中的XOY平面的距离以及摄像机视图的尺寸等信息。

上述的电子地图显示指令通常是由用户触发的，观察视角等信息也可以在客户端预先显示，以供用户选择。例如，用户可以在客户端的电子地图待显示界面上点击选择显示俯仰角为45°的电子地图等。

步骤S22：客户端根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集。

其中，所述图块集集合包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的。

在该步骤中，根据电子地图显示指令中包含的观察视角(如俯仰角或旋转角)，即可确定与所述观察视角相匹配的图块集。确定与所述观察视角相匹配的图块集时，例如观察视角为俯仰角60°，则图块集集合中获取对应于俯仰角60°的图块集。

客户端可以在接收到所述电子地图显示指令后，将所述电子地图显示指令中的观察视角的信息发送给服务器，以查询并下载服务器保存的与所述观察视角相匹配的图块集；或者，客户端可以预先从服务器下载对应于不同观察视角的图块集，以及下载不同图块集与观察视角的映射关系，那么，客户端在接收到所述电子地图显示指令后，可以在本地保存的对应于不同观察视角的图块集中，查询并获取与所述电子地图显示指令中的观察视角的信息相对应的图块集。

步骤S23：客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

这里所说的图块在世界坐标系中的坐标，也是从服务器下载得到的。一般地，客户端在下载图块集时，也会下载图块集中的图块在世界坐标系中的坐标。

在步骤S23中，客户端根据图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，即可结合图块集中图块和图块的坐标信息，拼接并加载所述图块以显示电子地图。其中，拼接方法之前已经介绍过，即根据每个图块和基准点的图块之间间隔的像素个数，以及单个图块包含的像素个数，确定每个图块在图像坐标系中的位置；在确定出位置后，即可按照图像拼接方式，实现图块拼接。拼接结果，即为作为电子地图的图像。客户端对该图像进行显示，即实现了对电子地图的显示。

通过该实施例提供的方法，用户在显示电子地图时，显示指令中可以包含有针对三维地物模型的观察视角的信息，用户每选择一次视角切换，即可按照上述三个步骤生成与切换后的视角对应的电子地图，从而使得客户端可以显示对应于不同观察视角的电子地图，解决了现有技术中客户端显示的电子地图对应的观察视角比较单一，灵活性较差的问题。

另外，上述步骤S21的客户端接收到的电子地图显示指令中，还可以包括所述世界坐标系中的显示区域的位置信息。则，上述步骤S23中，客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块，具体可以包括：

客户端根据所述显示区域的位置信息，以及所述获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，从所述获取到的图块集包含的图块中，选取在世界坐标系中的坐标落入所述显示区域的图块；客户端根据选取的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载选取出的图块。

例如客户端接收到的显示请求中包含客户端的显示屏幕的四个边角的像素点对应的世界坐标系下的坐标值，由于图块集中的每个图块均有在世界坐标系中的坐标，根据上述坐标值即可确定坐标值范围内包含的图块，最后则拼接加载上述坐标范围内包含的图块。这样在客户端的显示屏幕上则体现为优先显示屏幕范围内的电子地图，对于屏幕显示范围之外的电子地图则可以后续再加载显示或者是不进行加载显示。

与上述方法实施例对应，本申请实施例还提供一种电子地图的显示装置，所述显示装置应用在客户端，所述显示装置包括：接收单元，图块获取单元和拼接加载单元，其中，

所述接收单元，用于接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；

所述图块获取单元，用于根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；其中，所述图块集集合包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

所述拼接加载单元，用于根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

与上述方法实施例对应，本申请实施例还提供一种电子地图的生成装置，，所述生成装置应用在服务器，所述生成装置包括：图块集生成单元和坐标确定单元，其中，

所述图块集生成单元，用于生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

所述坐标确定单元，用于根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorYmedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电子地图的显示方法，其特征在于，包括：

客户端接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；

客户端根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；其中，所述图块集集合包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子地图显示指令中，还包括所述世界坐标系中的显示区域的位置信息；

客户端根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块，包括：

客户端根据所述显示区域的位置信息，以及所述获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，从所述获取到的图块集包含的图块中，选取在世界坐标系中的坐标落入所述显示区域的图块；

客户端根据选取的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载选取出的图块。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，客户端根据选取的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载选取出的图块，包括：

客户端根据选取出的图块在世界坐标系中的坐标，所述图像坐标系中的预设拼接基准点在世界坐标系中的坐标，以及所述图像坐标系中单个像素在所述世界坐标系中所对应的地理距离，拼接并加载选取出的图块。

4.一种电子地图的生成方法，其特征在于，包括：

服务器生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

服务器根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述观察视角，包括俯仰角和/或旋转角；

所述俯仰角，为相机坐标系中的摄像机光轴与所述世界坐标系中的指定平面之间的夹角；所述指定平面，为由所述世界坐标系中的X轴和Y轴确定的平面；所述X轴，为所述世界坐标系中的正方向指向正东方向的坐标轴；所述Y轴，为所述世界坐标系中的正方向指向正北方向的坐标轴；

所述旋转角，为所述摄像机光轴相对于所述世界坐标系中的Z轴的旋转角度；所述Z轴，为所述世界坐标系中垂直于所述指定平面的坐标轴。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图块，为摄像机视图相对于图像坐标系进行平移的过程中，以所述摄像机光轴指向所述三维地物模型的方向为投影方向，按照设定的观察视角，采用平行投影的方式将所述三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

所述摄像机视图，为相机坐标系中的、垂直于所述摄像机光轴的平面。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述观察视角包括俯仰角时，服务器根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，包括：

服务器针对任一图块分别执行：

根据所述摄像机视图的中心点在所述平移过程中所处的初始位置在所述世界坐标系中的坐标、投影时所述摄像机视图与所述指定平面在所述世界坐标系中相距的距离、所述摄像机视图在所述世界坐标系中的尺寸、所述俯仰角和该图块与所述初始位置对应的图块之间间隔的图块个数，计算该图块在所述世界坐标系中的坐标。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述观察视角包括俯仰角和旋转角时，服务器根据世界坐标系中的所述选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，包括：

服务器针对任一图块分别执行：

根据所述摄像机视图的中心点在所述平移过程中所处的初始位置在所述世界坐标系中的坐标、投影时所述摄像机视图与所述指定平面在所述世界坐标系中相距的距离、所述摄像机视图在所述世界坐标系中的尺寸、所述俯仰角、所述旋转角和该图块与所述初始位置对应的图块之间间隔的图块个数，计算该图块在所述世界坐标系中的坐标。

9.一种电子地图的显示装置，其特征在于，所述显示装置应用在客户端，所述显示装置包括：接收单元，图块获取单元和拼接加载单元，其中，

所述接收单元，用于接收电子地图显示指令；所述电子地图显示指令中，包括针对三维地物模型的观察视角的信息；

所述图块获取单元，用于根据所述观察视角的信息，从服务器生成的图块集集合中获取对应于所述观察视角的图块集；其中，所述图块集集合包括至少两个分别对应于不同观察视角的图块集；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

所述拼接加载单元，用于根据获取到的图块集中的图块在世界坐标系中的坐标，拼接并加载获取到的图块集中的图块以显示电子地图。

10.一种电子地图的生成装置，其特征在于，所述生成装置应用在服务器，所述生成装置包括：图块集生成单元和坐标确定单元，其中，

所述图块集生成单元，用于生成由至少两个分别对应于不同观察视角的图块集组成的图块集集合；单个图块集中的图块，是按照同一观察视角将三维地物模型投影到图像坐标系中得到的；

所述坐标确定单元，用于根据世界坐标系中的选定基准点的坐标，确定每一个图块集中各图块在所述世界坐标系中的坐标，作为利用所述图块集中的图块拼接电子地图时所依据的坐标。