JP4388064B2 - トンネル画像描画方法、トンネル画像描画プログラム、およびトンネル画像描画装置 - Google Patents

Description

この発明は、描画方法、描画プログラム、および描画装置に関する。ただし、この発明の利用は、上述した描画方法、描画プログラム、および描画装置に限られない。

従来から、計算負荷の小さい処理で地図を三次元的に表示することができる地図検索装置が開示されている。この地図検索装置は、位置算出装置によって算出された車両の現在位置付近の地図データ、または入力装置によって指定された表示する地図の範囲の地図データを、地図記憶装置から読み出す。そして、演算処理装置は、読み出された地図データの四頂点を、入力装置から入力された視点および注視点座標に基づいて透視変換し、変換した座標に地図データをマッピングし、さらにクリッピングを行った後、出力装置においてマッピング後の地図を表示させる（たとえば、下記特許文献１を参照。）。

特開平９−１３８１３６号公報

しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、地盤の起伏を表現した地盤オブジェクトを用いて鳥瞰図を描画していただけであり、地盤に形成されているトンネルの内部を描画していなかった。このため、運転手の視点から、上述したトンネルが形成されていない地盤オブジェクトを描画した場合、道路が地盤に衝突するような描画画像となる。したがって、運転手が実際に目視した正面の風景と描画画像とが異なってしまい、運転者に不安や誤解を与えるという安全運転上の問題が一例として挙げられる。

一方、地盤オブジェクトにあらかじめトンネルデータを構築すると、データ量が膨大となって大容量メモリが必要となり、装置が高価になるという問題が一例として挙げられる。

請求項１の発明にかかる描画方法は、３次元座標系内の任意の視点座標を入力する入力工程と、前記入力工程によって入力された視点座標から、２次元座標系を用いた道路ネットワークデータを用いて生成される一のオブジェクトを見た場合の当該一のオブジェクトに関する画像を描画する第１の描画工程と、前記第１の描画工程によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、前記一のオブジェクトよりも前記視点座標に近い位置から前記視点座標までの距離に関する情報に変更する変更工程と、前記変更工程によって変更された奥行き情報に基づいて、前記視点座標から前記一のオブジェクトとは異なる、前記３次元座標系を用いて表された地盤オブジェクトを見た場合の当該地盤オブジェクトに関する画像を、前記一のオブジェクトに関する画像と重なるように描画する第２の描画工程と、を含み、前記一のオブジェクトは、前記視点座標に近い先端の開口および内周壁面が前記視点座標から見えるとともに、後端の開口が前記視点座標から見える筒状オブジェクトであり、前記第１の描画工程は、前記視点座標から見て前記一のオブジェクトおよび前記地盤オブジェクトよりも後方に位置するオブジェクトに関する画像を描画する第４の描画工程を含み、前記第４の描画工程によって描画されたオブジェクトに関する画像と重なるように、前記筒状オブジェクトに関する画像を描画することを特徴とする。

また、請求項６の発明にかかる描画プログラムは、請求項１〜５のいずれか一つに記載の描画方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、請求項７の発明にかかる描画装置は、３次元座標系内の任意の視点座標を入力する入力手段と、前記入力工程によって入力された視点座標から、２次元座標系を用いた道路ネットワークデータを用いて生成される一のオブジェクトを見た場合の当該一のオブジェクトに関する画像を描画する第１の描画手段と、前記第１の描画手段によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、前記一のオブジェクトよりも前記視点座標に近い位置から前記視点座標までの距離に関する情報に変更する変更手段と、前記変更手段によって変更された奥行き情報に基づいて、前記視点座標から前記一のオブジェクトとは異なる、前記３次元座標系を用いて表された地盤オブジェクトを見た場合の当該地盤オブジェクトに関する画像を、前記一のオブジェクトに関する画像と重なるように描画する第２の描画手段と、を備え、前記一のオブジェクトは、前記視点座標に近い先端の開口および内周壁面が前記視点座標から見えるとともに、後端の開口が前記視点座標から見える筒状オブジェクトであり、前記第１の描画手段は、前記視点座標から見て前記一のオブジェクトおよび前記地盤オブジェクトよりも後方に位置するオブジェクトに関する画像を描画する第４の描画手段を含み、前記第４の描画手段によって描画されたオブジェクトに関する画像と重なるように、前記筒状オブジェクトに関する画像を描画することを特徴とする。

この発明の実施の形態にかかる描画装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態にかかる描画装置の機能的構成を示すブロック図である。 図２に示した地図情報データベースに記憶されている情報を模式的に示した説明図である。 生成部によって生成されたオブジェクトを示す斜視図である。 実施例１にかかる描画処理手順を示すフローチャートである。 実施例１にかかるトンネル描画処理の具体的な処理手順を示すフローチャートである。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その１）である。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その２）である。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その３）である。 実施例２にかかるトンネル描画処理手順を示すフローチャートである。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その１）である。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その２）である。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その３）である。 トンネル描画処理における描画内容を示す説明図（その４）である。 トンネル描画処理における描画内容の他の例を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる描画方法、描画プログラム、および描画装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。この発明の実施の形態にかかる描画方法、描画プログラム、および描画装置は、簡易かつリアルな画像を描画することにより安全運転の向上を図ることができることを目的の一つとしている。また、この発明の実施の形態にかかる描画方法、描画プログラム、および描画装置は、たとえば、陰面消去法の一例としてＺバッファ法を用いた描画方法、描画プログラム、および描画装置である。

（実施の形態）
（描画装置のハードウェア構成）
まず、この発明の実施の形態にかかる描画装置のハードウェア構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる描画装置のハードウェア構成を示すブロック図である。

図１において、描画装置は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１０４と、ＨＤ（ハードディスク）１０５と、ＣＤ／ＤＶＤドライブ１０６と、着脱可能な記録媒体の一例としてのＣＤ／ＤＶＤ１０７と、映像／音声Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０８と、ディスプレイ１０９と、スピーカ（ヘッドホン）１１０と、入力Ｉ／Ｆ（インターフェース）１１１と、リモコン１１２と、入力キー１１３と、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１１４と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）レシーバ１１５と、角速度センサ１１６と、走行距離センサ１１７と、傾斜センサ１１８と、グラフィックスメモリ１１９と、グラフィックスプロセッサ１３０とを備えている。また、各構成部１０１〜１１９，１３０はバス１００によってそれぞれ接続されている。

ここで、ＣＰＵ１０１は、描画装置の全体の制御を司る。ＲＯＭ１０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ１０４は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＨＤ１０５に対するデータのリード／ライトを制御する。ＨＤ１０５は、ＨＤＤ１０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。

ＣＤ／ＤＶＤドライブ１０６は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＣＤ／ＤＶＤ１０７に対するデータのリード／ライトを制御する。ＣＤ／ＤＶＤ１０７は、ＣＤ／ＤＶＤドライブ１０６の制御にしたがって記録されたデータの読み出される着脱自在な記録媒体である。ＣＤ／ＤＶＤ１０７として、書き込み可能な記録媒体を利用することもできる。また、この着脱可能な記録媒体として、ＣＤ／ＤＶＤ１０７のほか、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ）、ＭＯ、メモリーカードなどであってもよい。

また、映像／音声Ｉ／Ｆ１０８は、映像表示用のディスプレイ１０９および音声出力用にヘッドホン（スピーカ）１１０と接続される。ディスプレイ１０９には、アイコン、カーソル、メニュー、ウインドウ、あるいは文字や画像等の各種データが表示される。このディスプレイ１０９は、たとえば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。

また、入力Ｉ／Ｆ１１１は、文字、数値、各種指示等の入力のための複数のキーを備えたリモコン１１２や入力キー（キーボード、マウスを含む）１１３から送信されてくるデータを入力する。また、不図示であるが必要に応じて出力Ｉ／Ｆを設け、この出力Ｉ／Ｆを介して文字や画像を光学的に読み取るスキャナや、文字や画像を印刷するプリンタを接続することができる。

また、通信Ｉ／Ｆ１１４は、無線、あるいは通信ケーブルを介してネットワークに接続され、このネットワークとＣＰＵ１０１とのインターフェースとして機能する。ネットワークは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、公衆回線網や携帯電話網等がある。通信Ｉ／Ｆ１１４は、ＧＰＳレシーバ１１５、角速度センサ１１６、走行距離センサ１１７および傾斜センサ１１８から出力される各種データを入力する。

また、ＧＰＳレシーバ１１５は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信し、ＧＰＳ衛星との幾何学的位置を求めるものであり、地球上どこでも計測可能である。電波としては、１，５７５．４２ＭＨｚの搬送波で、Ｃ／Ａ（Ｃｏａｒｓｅ ａｎｄ Ａｃｃｅｓｓ）コードおよび航法メッセージが乗っているＬ１電波を用いておこなわれる。Ｃ／Ａコードはビット率１．０２３Ｍｂｐｓで、コードの長さは１０２３ｂｉｔ＝１ｍｓである。

また、航法メッセージはビット率５０ｂｐｓで、コードの長さは、サブフレームが３００ｂｉｔ＝６ｓであり、メインフレームが１５００ｂｉｔ＝３０ｓであり、５サブフレームが１メインフレームであり、２５メインフレームが１マスターフレームである。すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波を受信してＧＰＳ測位データを出力するとともに、自車の進行方向の絶対方位データを出力する。

角速度センサ１１６は、自車の回転時の角速度を検出し、角速度データと相対方位データとを出力する。走行距離センサ１１７は、車輪の回転に伴って出力される所定周期のパルス信号のパルス数をカウントすることによって車輪一回転当たりのパルス数を算出し、その一回転当たりのパルス数に基づく走行距離データを出力する。傾斜センサ１１８は、路面の傾斜角度を検出し、傾斜角データを出力する。

また、グラフィックスメモリ１１９は、フレームバッファ１２０とＺバッファ１２１を備えている。フレームバッファ１２０は、描画画像の色データを画素ごとに記憶する。Ｚバッファ１２１は描画画像の奥行きを示すＺ値を画素ごとに記憶する。このグラフィックスメモリ１１９は、上述したＲＡＭ１０３の内部にグラフィック用の領域を設けることによって構成することとしてもよい。また、グラフィックスプロセッサ１３０は、グラフィック関連の処理、たとえば地図情報の描画と表示制御を司る。

（描画装置の機能的構成）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる描画装置の機能的構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態にかかる描画装置２００の機能的構成を示すブロック図である。図２において、描画装置２００は、地図情報データベース２０１と、入力部２０３と、抽出部２０４と、生成部２０５と、描画部２０６と、変更部２０７と、記憶部２０２と、検出部２０８と、を備えている。

地図情報データベース２０１は、地図情報を記憶する。図３は、図２に示した地図情報データベース２０１に記憶されている情報を模式的に示した説明図である。図３において、地図情報データベース２０１には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標系を用いて地盤の起伏形状を立体的にあらわした地盤オブジェクト３０１が記憶されている。この地盤オブジェクト３０１は、具体的には、たとえば３角形状の複数のポリゴンが結合されたメッシュデータであり、ポリゴンの各頂点は３次元座標系を用いた座標値を有している。

地図情報データベース２０１には、このＸ軸およびＹ軸の２次元座標系を用いた道路ネットワークデータ３１１も記憶されている。道路ネットワークデータ３１１は、具体的には、複数のリンクをノードによって結合したデータである。各リンクは車線数などの道幅情報やトンネル内の道路であるかどうかを識別するトンネル情報を有している。また、各ノードは、Ｚ軸方向である高さ情報や、トンネルの先端位置、中途位置、終端位置などを識別するトンネル情報を有している。

図３の道路ネットワークデータ３１１中、実線で示したリンク（たとえば、リンク３２１）は、地盤オブジェクト３０１上に描画される道路データであり、点線で示したリンク３２２は、上述したトンネル情報を有するトンネル内の道路データである。また、リンク３２２の一方のノード３３１は、Ｚ軸方向の高さ情報とトンネルの一端開口であることを識別するトンネル情報を有する。同様に、リンク３２２の他方のノード３３２は、Ｚ軸方向の高さ情報とトンネルの他端開口であることを識別するトンネル情報を有する。

この地図情報データベース２０１は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＣＤ／ＤＶＤ１０７などの記録媒体によってその機能を実現する。また、図２において、記憶部２０２は、描画部２０６によって描画された画像の色情報（色データ）と奥行き情報（Ｚ値）とを画素ごとに記憶する。この記憶部２０２は、具体的には、たとえば、図１に示したグラフィックメモリ１１９によってその機能を実現する。

また、図２において、入力部２０３は、上述した３次元座標系内の任意の視点座標を入力する。具体的には、ユーザが、図１に示したリモコン１１２や入力キー１１３を用いて、視点座標を入力する。また、図１に示したＧＰＳレシーバ１１５、角速度センサ１１６、走行距離センサ１１７、傾斜センサ１１８を用いて現在位置情報を取得し、この取得した現在位置情報から視点座標を得ることができる。

抽出部２０４は、入力部２０３によって入力された視点座標に基づいて、地図情報データベース２０１から、視点座標からの視界内に存在する地図情報を抽出する。具体的には、視点座標からの視界をあらわす視錐台を設定し、この視錐台内の座標位置に含まれるオブジェクトを抽出する。

生成部２０５は、抽出部２０４によって抽出された地図情報に基づいて、各種オブジェクトを生成する。具体的には、たとえば、抽出部２０４によってトンネル情報を有するリンクやノードが抽出された場合、そのリンクの長さおよび幅に相当する筒状オブジェクトを生成する。また、この筒状オブジェクトの先端開口を覆う先端面オブジェクトや、後端開口を覆う後端開口オブジェクトを生成する。ここで、生成部２０５によって生成されるオブジェクトについて説明する。

図４は、生成部２０５によって生成されたオブジェクトを示す斜視図である。図４において、筒状オブジェクト４００の長手方向の長さＬは、生成するトンネルの長さ、すなわち、図３に示した、トンネル内の道路データに相当するリンク３２２の長さに対応している。また、筒状オブジェクト４００の幅Ｗは、トンネル内の道路データに相当するリンク３２２が有する上記道幅情報に対応している。

また、筒状オブジェクト４００内部の底面４０１は、道路のテクスチャが描かれている。また、側壁面４０２および天井面４０３には、実際のトンネル内部の側壁および天井面を描いたテクスチャが描かれている。また、筒状オブジェクト４００の先端開口４１１は、トンネルの入り口に相当する。またこの先端開口４１１には、この先端開口４１１を覆う蓋状の先端面オブジェクト４２１が生成される。この先端面オブジェクト４２１は形状のみのオブジェクト、すなわち、無色（透明）である。

また、筒状オブジェクト４００の後端開口４１２は、トンネルの出口に相当する。この後端開口４１２には、この後端開口４１２を覆う蓋状の後端面オブジェクト４２２が生成される。トンネルの出口から見た他のオブジェクトを描画しない場合は、後端面オブジェクト４２２を有色とし、描画する場合は無色に設定する。

また、図２において、描画部２０６は、第１の描画部２１１〜第４の描画部２１４を有する。第１の描画部２１１は、入力部２０３によって入力された視点座標から一のオブジェクトを見た場合の当該一のオブジェクトに関する画像を描画する。ここで、一のオブジェクトを、たとえば、生成部２０５によって生成された筒状オブジェクト４００とすると、筒状オブジェクト４００の開口４１１および内周壁面４０１〜４０３が見える画像を描画することができる。より具体的には、この画像の色データを図１に示したフレームバッファに記録することによって筒状オブジェクト４００の開口および内周壁面４０１〜４０３が見える画像描画する。

第２の描画部２１２は、後述する変更部２０７によって変更された奥行き情報に基づいて、視点座標から一のオブジェクトとは異なる他のオブジェクトを見た場合の他のオブジェクトに関する画像を、一のオブジェクトに関する画像と重なるように描画する。具体的には、一のオブジェクトを筒状オブジェクト４００であり、他のオブジェクトを地図情報データベース２０１から抽出された地盤オブジェクト３０１である場合、視点座標から見た筒状オブジェクト４００の画像と、視点座標から見た地盤オブジェクト３０１の画像とが重なるように描画する。

重なる部分の画像については、筒状オブジェクト４００の画像については変更部２０７によって変更された奥行き情報を用いる。また、地盤オブジェクト３０１の画像については、視点座標から地盤オブジェクトの３次元座標系内の座標位置までの距離情報を用いる。より具体的には、図１に示したＺバッファに記録されている筒状オブジェクト４００の画像の奥行き情報となるＺ値と、視点座標から見た地盤オブジェクト３０１の描画画像の奥行き情報となるＺ値とを比較することによって重複部分の描画画像を選択することができる。

第３の描画部２１３は、一のオブジェクトよりも視点座標に近い位置に存在する透明色の透明オブジェクトに関する画像を描画する。具体的には、一のオブジェクトを筒状オブジェクト４００とし、透明オブジェクトを筒状オブジェクト４００の先端開口４１１を覆う透明（無色）の先端面オブジェクト４２１とした場合、筒状オブジェクト４００の画像が描画された後、他のオブジェクトである地盤オブジェクト３０１が描画される前に、先端面オブジェクト４２１の画像を描画する。より具体的には、先端面オブジェクト４２１の画像情報には、色情報はなく、奥行き情報であるＺ値のみであるため、筒状オブジェクト４００の画像と先端面オブジェクト４２１の画像との重複部分では、筒状オブジェクト４００の画像の描画状態が維持され、Ｚ値のみ書き換えられる。

また、第４の描画部２１４は、視点座標から見て一のオブジェクトおよび他のオブジェクトよりも後方に位置するオブジェクトに関する画像を描画する。具体的には、一のオブジェクトが筒状オブジェクト４００であり、他のオブジェクトが地盤オブジェクト３０１である場合、この後方に位置する他の地盤オブジェクトの画像を描画する。この第４の描画部２１４による描画の後、描画された画像のＺ値をクリアすることにより、この描画画像を無限遠の奥行き情報とすることができる。

また、変更部２０７は、第１の描画部２１１によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、一のオブジェクトよりも視点座標に近い位置から視点座標までの距離に関する情報に変更する。具体的には、一のオブジェクトを筒状オブジェクト４００とすると、たとえば、この筒状オブジェクト４００の画像の奥行き情報を、視点座標と筒状オブジェクト４００の先端開口との間の位置における奥行き情報に変更する。より具体的には、変更部２０７は、筒状オブジェクト４００の画像の奥行き情報を、透明オブジェクトの画像の奥行き情報に変更する。

また、検出部２０８は、視点座標が筒状オブジェクト４００内部、すなわち、トンネル内部の座標であるかどうかを検出する。具体的には、視点座標のＸＹ座標値と、トンネルに相当するリンク３２２のＸＹ座標値などやノード３３１、３３２の高さ情報とを用いて検出する。たとえば、視点座標のＸＹ座標値が、リンク３２２のＸＹ座標値に一致し、かつ、そのリンク３２２を接続するノード３３１、３３２の高さ情報よりも視点座標のＺ座標値が小さければ、視点座標はトンネル内の座標であると検出することができる。また、リンクのＸＹ座標値は、リンクの幅情報によって広がるため、視点座標がその広がった範囲内のＸＹ座標値である場合も、トンネル内の座標であると検出することができる。

なお、上述した入力部２０３、抽出部２０４、生成部２０５、描画部２０６、変更部２０７、検出部２０８は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＣＤ／ＤＶＤ１０７などの記録媒体に記録されたプログラムをＣＰＵ１０１またはグラフィックスプロセッサ１３０に実行させることによって、または入力Ｉ／Ｆ１１１によって、その機能を実現する。

つぎに、実施例１にかかる描画処理手順について説明する。図５は、実施例１にかかる描画処理手順を示すフローチャートである。図５において、まず、視点座標が入力された場合（ステップＳ５０１：Ｙｅｓ）、この視点座標からの視界をあらわす視錐台内に存在する地図情報、すなわち、地盤オブジェクト３０１と道路ネットワークデータ３１１を、地図情報データベース２０１から抽出する（ステップＳ５０２）。

つぎに、この視錘台内の道路ネットワークデータ３１１にトンネル情報が含まれているかどうかを検出する（ステップＳ５０３）。トンネル情報が含まれていない場合（ステップＳ５０３：Ｎｏ）、通常の描画処理をおこなう（ステップＳ５０４）。具体的には、視点座標から見える各オブジェクトの画像を描画し、Ｚバッファ法などの陰面消去法を用いて各オブジェクトの画像のＺ値を比較することにより、擬似的に立体描画する。

一方、トンネル情報が含まれている場合（ステップＳ５０３：Ｙｅｓ）、視点座標がトンネル内の座標であるかどうかを検出する（ステップＳ５０５）。そして、視点座標がトンネル内の座標であると検出された場合（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０４に移行する。一方、視点座標がトンネル内の座標でないと判定された場合（ステップＳ５０５：Ｎｏ）、トンネル描画処理をおこなう（ステップＳ５０６）。ここで、このトンネル描画処理（ステップＳ５０６）の具体的な処理手順について説明する。

図６は、トンネル描画処理の具体的な処理手順を示すフローチャートである。このトンネル描画処理手順は、トンネルの出口から見たオブジェクトを描画しない場合の処理手順である。また、図７〜図９は、このトンネル描画処理における描画内容を示す説明図である。

まず、視点座標から内周壁面４０１〜４０３が見える筒状オブジェクト４００と先端面オブジェクト４２１と後端面オブジェクト４２２を生成する（ステップＳ６０１）。ここでは、先端面オブジェクト４２１は無色であり、後端面オブジェクト４２２は有色、たとえば黒色とする。

つぎに、視点座標から筒状オブジェクト４００までの距離、視点座標から先端面オブジェクト４２１までの距離、視点座標から後端面オブジェクト４２２までの距離を算出する（ステップＳ６０２）。そして、視点座標から見た筒状オブジェクト４００、すなわち、内周壁面４０１〜４０３の画像および後端面オブジェクト４２２の画像を描画する（ステップＳ６０３）。具体的には、内周壁面４０１〜４０３の画像および後端面オブジェクト４２２の画像の色データを、図１に示したフレームバッファ１２０に記録する。

また、このステップＳ６０３における描画範囲について説明する。図７は、ステップＳ６０３における描画内容を示す説明図である。図７において、視点座標Ｖから見た視界をあらわす視錐台７００内に、底面４０１、側壁面４０２、天井面４０３によって構成される筒状オブジェクト４００が存在する。また、後端面オブジェクト４２２は筒状オブジェクト４００の後端開口４１２に位置している。さらに、先端開口４１１から手前には道路オブジェクト７０１が形成されている。

この段階での描画画像を図中符号７１０に示す。描画画像７１０には、底面４０１の描画画像７１１、側壁面４０２の描画画像７１２、天井面４０３の描画画像７１３（以下、「内周壁面画像７１１〜７１３」）、後端面オブジェクト４２２の描画画像（以下、「後端面画像」）７１４、および道路オブジェクト７０１の描画画像７１５が含まれている。

また、この内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４の描画にともない、内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４の奥行き情報を記録する（ステップＳ６０４）。具体的には、ステップＳ６０２で算出した視点座標Ｖから筒状オブジェクト４００の各点までの距離に応じた値を、内周壁面画像７１１〜７１３の画素ごとにＺバッファ１２１に記録する。また、視点座標Ｖから後端面オブジェクト４２２までの距離に応じた値を、後端面画像７１４ごとにＺバッファ１２１に記録する。

つぎに、無色である先端面オブジェクト４２１の画像を描画する（ステップＳ６０５）。具体的には、先端面オブジェクト４２１は無色であるため、フレームバッファ１２０の値には変化はなく、内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４が描画されたままである。このステップＳ６０５における描画内容について説明する。図８は、ステップＳ６０５における描画内容を示す説明図である。

図８において、筒状オブジェクト４００の先端開口４１１に、先端面オブジェクト４２１が配置される。先端面オブジェクト４２１は無色であるため、先端面オブジェクト４２１の描画範囲と重複する内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４のフレームバッファ１２０の値は更新されず、内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４の描画が維持される。一方、このステップＳ６０５の描画により、内周壁面画像７１１〜７１３および後端面画像７１４の奥行き情報（Ｚ値）が、ステップＳ６０４で記録された値から、視点座標Ｖから先端面オブジェクト４２１までの距離に応じた値に更新される（ステップＳ６０６）。

つぎに、視点座標Ｖから見た地盤オブジェクト３０１までの距離を算出する（ステップＳ６０７）。そして、視点座標Ｖから見た地盤オブジェクト３０１の画像を描画する（ステップＳ６０８）。この描画では、ステップＳ６０６で更新された奥行き情報となるＺ値と、ステップＳ６０７で算出された距離に応じた値とを比較する。このステップＳ６０５における描画内容について説明する。図９は、ステップＳ６０８における描画内容を示す説明図である。

図９において、地盤オブジェクト３０１は、筒状オブジェクト４００と重なるように配置される。筒状オブジェクト４００内部には、地盤オブジェクト３０１の裾データ３０１ａ、３０１ｂが配置される。先端開口４１１側の裾データ３０１ａは、先端面オブジェクト４２１よりも視点座標Ｖから見て後方に位置するため、先端開口４１１側の裾データ３０１ａを視点座標Ｖから見た画像は、先端面オブジェクト４２１の透明描画画像のＺ値によって陰面消去される。

同様に、後端開口４１２側の裾データ３０１ｂは、先端面オブジェクト４２１よりも視点座標Ｖから見て後方に位置するため、先端開口４１１側の裾データ３０１ｂを視点座標Ｖから見た画像は、先端面オブジェクト４２１の透明描画画像のＺ値によって陰面消去される。また、この裾データ３０１ｂは、視点座標Ｖから見て地盤オブジェクト３０１のポリゴンの背面に相当するため、バックフェースカリング処理によっても描画されない。一方、筒状オブジェクト４００外部の地盤オブジェクト３０１ｃは，描画画像７１６として描画される。

このように、この実施例１にかかるトンネル描画処理によれば、トンネルをあらわす筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１４のＺ値を、無色の先端面オブジェクト４２１のＺ値に置き換え、その後に先端面オブジェクト４２１よりも後方の地盤オブジェクト３０１を描画することにより、筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１４の描画状態を維持したまま、筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１４と重なる地盤オブジェクト（裾データ３０１ａ、３０１ｂ）の画像を陰面消去することができる。これにより、地盤オブジェクト３０１に擬似的にトンネルが形成されたように描画することができ、実際の風景と描画画像とを直感的に同一であると認識させることができる。

つぎに、実施例２にかかるトンネル描画処理手順について説明する。図１０は、実施例２にかかるトンネル描画処理手順を示すフローチャートである。このトンネル描画処理手順は、図５に示したステップＳ５０６の具体的な描画処理である。また、図１１〜図１４は、このトンネル描画処理における描画内容を示す説明図である。なお、図５に示した描画処理手順は、この実施例２においても適用されるため、その説明は省略する。

まず、図１１に示すように、視点座標Ｖを固定したまま、近面Ｎ１をトンネルの出口位置まで移動する（ステップＳ１００１）。ここで、移動後の近面を近面Ｎ２とし、視点座標Ｖから見える視錐台１１００Ａ内の地盤オブジェクト３４１の画像および道路オブジェクト３４２の画像を描画する（ステップＳ１００２）。この段階での描画画像を図中符号１１００に示す。この描画された画像１１１１、１１１２の奥行き情報をクリアする（ステップＳ１００３）。これにより、この地盤オブジェクト３４１および道路オブジェクト３４２を、視点座標Ｖから見て無限遠に位置するオブジェクトとみなすことができる。

つぎに、図１２に示すように、近面Ｎ２を元の位置に戻して近面Ｎ１とし（ステップＳ１００４）、視点座標Ｖからの視界を示す視錐台１１００Ｂ内に存在する筒状オブジェクト４００と無色の先端面オブジェクト４２１と無色の後端面オブジェクト４２２とを生成する（ステップＳ１００５）。そして、視点座標Ｖから筒状オブジェクト４００までの距離、視点座標Ｖから先端面オブジェクト４２１までの距離、視点座標Ｖから後端面オブジェクト４２２までの距離を算出する（ステップＳ１００６）。この後、視点座標Ｖから見た筒状オブジェクト４００の画像、すなわち、内周壁面画像７１１〜７１３を描画する（ステップＳ１００７）。具体的には、内周壁面画像７１１〜７１３の色データをフレームバッファに記録する。

また、この内周壁面画像７１１〜７１３の描画にともない、内周壁面画像７１１〜７１３の奥行き情報を記録する（ステップＳ１００８）。具体的には、ステップＳ１００６で算出した視点座標Ｖから筒状オブジェクト４００の各点までの距離に応じた値を、内周壁面画像７１１〜７１３の画素ごとにＺバッファに記録する。

つぎに、図１３に示すように、無色である先端面オブジェクト４２１の画像および後端面オブジェクト４２２の画像を描画する（ステップＳ１００９）。具体的には、先端面オブジェクト４２１および後端面オブジェクト４２２は無色であるため、フレームバッファ１２０の値には変化はなく、内周壁面画像７１１〜７１３が描画されたままである。一方、この描画により、奥行き情報（Ｚ値）が、ステップＳ１００８で記録された値から、視点座標Ｖから先端面オブジェクト４２１までの距離に応じた値に更新される（ステップＳ１０１０）。

つぎに、視点座標Ｖから地盤オブジェクト３０１までの距離を算出する（ステップＳ１０１１）。そして、図１４に示すように、地盤オブジェクト３０１の画像７１６を描画する（ステップＳ１０１２）。この描画では、ステップＳ１０１０で更新された奥行き情報となるＺ値と、ステップＳ１０１１で算出された距離に応じた値とを比較する。

図１４において、地盤オブジェクト３０１は、筒状オブジェクト４００と重なるように配置される。筒状オブジェクト４００内部には、地盤オブジェクト３０１の裾データ３０１ａ、３０１ｂが配置される。先端開口４１１側の裾データ３０１ａは、先端面オブジェクト４２１よりも視点座標Ｖから見て後方に位置するため、先端開口４１１側の裾データ３０１ａを視点座標Ｖから見た画像は、先端面オブジェクト４２１の透明描画画像のＺ値によって陰面消去される。

同様に、後端開口４１２側の裾データ３０１ｂは、先端面オブジェクト４２１よりも視点座標Ｖから見て後方に位置するため、先端開口４１１側の裾データ３０１ｂを視点座標Ｖから見た画像は、先端面オブジェクト４２１の透明描画画像のＺ値によって陰面消去される。また、この裾データ３０１ｂは、視点座標Ｖから見て地盤オブジェクト３０１のポリゴンの背面に相当するため、バックフェースカリング処理によっても描画されない。一方、筒状オブジェクト４００外部の地盤オブジェクト３０１ｃは，描画画像７１６として描画される。

このように、この実施例２にかかるトンネル描画処理によれば、トンネル出口後方の地盤オブジェクト３４１および道路オブジェクト３４２の画像１１１１、１１１２を先に描画し、筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１３のＺ値を、無色の先端面オブジェクト４２１のＺ値に置き換え、その後に先端面オブジェクト４２１よりも後方の地盤オブジェクト３０１を描画する。

これにより、筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１３の描画状態を維持したまま、筒状オブジェクト４００の内部画像７１１〜７１３と重なる地盤オブジェクト（裾データ３０１ａ、３０１ｂ）の画像を陰面消去することができる。これにより、地盤オブジェクト３０１に擬似的にトンネルが形成されたように描画することができ、実際の風景と描画画像とを直感的に同一であると認識させることができる。特に、トンネル出口後方の地盤オブジェクト３４１および道路オブジェクト３４２の画像１１１１、１１１２も描画されるため、よりリアルな描画画像を得ることができる。

また、上述した実施例１および２では、地盤オブジェクト３０１の裾データ３０１ａ、３０１ｂが筒状オブジェクト４００の内部に位置しているが、図１５に示すように、視点座標Ｖから見て、筒状オブジェクト４００の先端開口４１１よりも手前に位置することとしてもよい。この場合、視点座標Ｖから見て、裾データ３０１ａの手前に無色の先端面オブジェクト４２１を形成し、この地盤オブジェクト３０１を描画する前に、先端面オブジェクト４２１を描画する。これにより、先端開口４１１手前の裾データ３０１ａの画像を、先端面オブジェクト４２１の透明画像によって陰面消去することができる。

また同様に、視点座標Ｖから見て、裾データ３０１ｂの手前に無色の後端面オブジェクト４２２を形成し、この地盤オブジェクト３０１を描画する前に、後端面オブジェクト４２２を描画する。これにより、後端開口４１２後方の裾データ３０１ｂの画像を、後端面オブジェクト４２２の透明画像によって陰面消去することができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態にかかる描画方法、描画プログラム、および描画装置２００によれば、トンネルデータが形成されていない地盤オブジェクトを用いているため、計算量を抑制することができ、目視した風景に即したリアルな描画を、簡易かつ高速処理によって実現することができる。

なお、本実施の形態で説明した描画方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

２００ 描画装置
２０１ 地図情報データベース
２０２ 記憶部
２０３ 入力部
２０４ 抽出部
２０５ 生成部
２０６ 描画部
２０７ 変更部
２０８ 検出部
４００ 筒状オブジェクト

Claims (7)

1. ３次元座標系内の任意の視点座標を入力する入力工程と、
   前記入力工程によって入力された視点座標から、２次元座標系を用いた道路ネットワークデータを用いて生成される一のオブジェクトを見た場合の当該一のオブジェクトに関する画像を描画する第１の描画工程と、
   前記第１の描画工程によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、前記一のオブジェクトよりも前記視点座標に近い位置から前記視点座標までの距離に関する情報に変更する変更工程と、
   前記変更工程によって変更された奥行き情報に基づいて、前記視点座標から前記一のオブジェクトとは異なる、前記３次元座標系を用いて表された地盤オブジェクトを見た場合の当該地盤オブジェクトに関する画像を、前記一のオブジェクトに関する画像と重なるように描画する第２の描画工程と、を含み、
   前記一のオブジェクトは、前記視点座標に近い先端の開口および内周壁面が前記視点座標から見えるとともに、後端の開口が前記視点座標から見える筒状オブジェクトであり、
   前記第１の描画工程は、
   前記視点座標から見て前記一のオブジェクトおよび前記地盤オブジェクトよりも後方に位置するオブジェクトに関する画像を描画する第４の描画工程を含み、
   前記第４の描画工程によって描画されたオブジェクトに関する画像と重なるように、前記筒状オブジェクトに関する画像を描画することを特徴とするトンネル画像描画方法。
2. さらに、前記一のオブジェクトよりも前記視点座標に近い位置に存在する透明色の透明オブジェクトに関する画像を描画する第３の描画工程を含み、
   前記変更工程は、
   前記第１の描画工程によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、前記第３の描画工程によって描画された透明オブジェクトに関する画像の奥行き情報に変更することを特徴とする請求項１に記載のトンネル画像描画方法。
3. 前記第２の描画工程は、
   前記地盤オブジェクトが前記視点座標から見て前記透明オブジェクトの後方に位置する場合、前記地盤オブジェクトに関する画像のうち、前記透明オブジェクトに関する画像と重なる部分の画像を描画しないことを特徴とする請求項１に記載のトンネル画像描画方法。
4. さらに、前記入力工程によって入力された視点座標が、前記筒状オブジェクト内部の座標であるかどうかを検出する検出工程を含み、
   前記第１の描画工程は、前記検出工程によって検出された検出結果に基づいて、前記筒状オブジェクトに関する画像を描画することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネル画像描画方法。
5. 前記第１の描画工程は、
   前記一のオブジェクトに関する画像を描画するよりも先に、前記第４の描画工程をおこなうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネル画像描画方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一つに記載の描画方法を、コンピュータに実行させることを特徴とするトンネル画像描画プログラム。
7. ３次元座標系内の任意の視点座標を入力する入力手段と、
   前記入力工程によって入力された視点座標から、２次元座標系を用いた道路ネットワークデータを用いて生成される一のオブジェクトを見た場合の当該一のオブジェクトに関する画像を描画する第１の描画手段と、
   前記第１の描画手段によって描画された一のオブジェクトに関する画像の奥行き情報を、前記一のオブジェクトよりも前記視点座標に近い位置から前記視点座標までの距離に関する情報に変更する変更手段と、
   前記変更手段によって変更された奥行き情報に基づいて、前記視点座標から前記一のオブジェクトとは異なる、前記３次元座標系を用いて表された地盤オブジェクトを見た場合の当該地盤オブジェクトに関する画像を、前記一のオブジェクトに関する画像と重なるように描画する第２の描画手段と、を備え、
   前記一のオブジェクトは、前記視点座標に近い先端の開口および内周壁面が前記視点座標から見えるとともに、後端の開口が前記視点座標から見える筒状オブジェクトであり、
   前記第１の描画手段は、
   前記視点座標から見て前記一のオブジェクトおよび前記地盤オブジェクトよりも後方に位置するオブジェクトに関する画像を描画する第４の描画手段を含み、
   前記第４の描画手段によって描画されたオブジェクトに関する画像と重なるように、前記筒状オブジェクトに関する画像を描画することを特徴とするトンネル画像描画装置。

Images