JP5837841B2 - 3次元地図表示システム - Google Patents
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Description
図1(b)は平行投影によって描かれた地図の例である。例えば、建物BLD1、BLD2、BLD3の辺は平行線で構成されている。平行投影では、透視投影と異なり投影方向に当たる平行線PRJを定義しさえすれば、「視点」を定義する必要がない。従って、3次元地図を表示する際にユーザの視点に応じてレンダリングをする必要がなく、平行投影して得られた2次元の画像データを予め用意しておくだけで軽い計算負荷で3次元地図を表示できる利点がある。
本発明は、かかる課題を解決するものであり、予め2次元画像として用意された3次元地図において、現在位置や経路案内について、地物による隠線処理を考慮した表示を実現することを目的とする。
所定の投影方法によって前記地物を平面上に投影した2次元表示データとしての地物データと、所定以上の高さにある前記地物を前記投影方法によって平面上に投影した2次元のマスク画像を表すマスクデータとを格納する地図データベースと、
3次元地図を表示すべき範囲の指定を入力する表示範囲入力部と、
前記地図データベースから、前記指定に対応した地物データを読み込んで3次元地図を表示する表示制御部とを備え、
前記表示制御部は、
前記特定の位置の3次元座標を前記投影方法で投影することにより前記3次元地図内における表示用座標値を求め、
前記表示用座標値に所定形状の前記位置表示を行った場合に、該位置表示のうち前記地物によって遮蔽されずに視認できる部分に相当する可視形状を前記マスクデータに基づいて特定するマスク処理を実行し、前記3次元地図に重畳して前記可視形状で前記位置表示を行う
3次元地図表示システムとして構成することができる。
また、マスクデータは、所定以上の高さにある地物が描かれている部分を特定する画像データであるから、3次元地図内でマスクデータと重ならない部分が、地物で遮蔽されずに視認できる部分となる。特定の位置に位置表示を行う際には、その位置表示とマスクデータとの重なり具合によって、位置表示のどの部分が地物に隠され、どの部分が隠されないかを特定することができる。この結果、位置表示の地物によって隠されない可視形状を求め、これを3次元地図上に表示することにより、図1(c)で示した違和感のある表示を回避することができ、地物との奥行き感を持たせた位置表示を実現することができる。
位置表示としては、例えば経路案内時の現在位置、目的地などのように特定の地点を表すものであってもよいし、経路探索の結果得られた経路のように線状の位置を表すものであってもよい。また、市町村など面状の範囲を表すものであってもよい。
位置表示を行うべき「特定の位置」は、ユーザが指定する位置であってもよいし、GPS等の位置検出装置によって検出された位置、経路探索などによって得られた結果などを用いてもよい。
表示すべき範囲(以下、表示範囲という)の指定は、緯度経度の座標他で範囲を直接指定する方法、表示範囲の代表点および拡大縮小の倍率などで指定する方法など種々の方法を採ることができる。ユーザが表示範囲を入力する方法の他、経路案内中の現在位置を入力し、表示範囲入力部が自動的に範囲を設定する方法を採っても良い。
図2は、マスク処理の処理例(1)を示す説明図である。この例では、地物データPIC1には、建物B21、B22および道路RD2が3次元的に描かれた2次元表示データが格納されている。また建物B21、B22を投影したマスク画像B21M、B22Mを記憶したマスクデータPIC2が用意されている。この状態で、指定された位置に位置表示PPMを表示する際には、マスク画像B21M、B22Mと位置表示PPMとを重畳することによって、地図を表示した際に建物B21、B22によって位置表示PPMが隠される遮蔽部分(図中に破線で示した部分)と、隠されない可視形状の部分とを特定することができる。これが本発明におけるマスク処理である。
こうして、マスク処理が完了すると、表示制御部は、地図データPIC1と、位置表示PPMとを重畳し、2次元画像データを用いながら、位置表示PPMと建物B21,B22との間に奥行き感を持たせた3次元地図PIC3を表示することができる。
図2に示したのは、マスク処理の一例であって、本発明におけるマスク処理は、かかる態様に限定されるものではない。
例えば、図2で示したように位置表示PPMのうち建物で遮蔽される部分を破線などの異なる線種で表示するようにしてもよい。また、遮蔽される部分を削除して表示してもよい。
図3は他のマスク処理例を示す説明図である。上図には、位置表示M1について、建物M1Bで遮蔽される部分を建物M1Bとブレンドし、薄く表示したマスク処理の例を示した。このように、遮蔽される部分は透明度を高めることによって可視形状に比較して薄い表示にしてもよい。
また、位置表示M1に対して遮蔽された部分の表示用の画像M2を用意しておき、両者を結合する形でマスク処理を行ってもよい。図3の下側には、可視形状部分に位置表示M1を用い、遮蔽される部分に画像M2を用いたマスク処理例を示した。
マスク処理としては、これらの例に限らず可視形状と遮蔽される部分とを区別可能な種々の表示態様を用いることができる。
前記投影方法は、鉛直方向に対して所定の投影角度だけ傾けた斜め方向からの平行投影であるものとしてもよい。
透視投影では、投影する基準となる視点PVを定める必要があるため、視点ごとに地物データを用意する必要がある。これに対し、平行投影では、視点を定める必要がないため、地図の表示範囲をどのように指定した場合でも単一の地物データを共通して利用することができる。従って、平行投影を用いることにより、地物データの容量を抑制することができる。また、平行投影では、左右方向、奥行き方向の縮尺が維持されるという特性があるため、地図としての機能を損なわないという利点もある。
前記マスクデータが、地物の種類に応じた異なるマスク画像を表すように複数種類備えられており、
前記表示制御部は、前記特定の位置がいずれの前記マスク画像内に存在するかを判定し、該判定結果に基づいて前記複数種類のマスクデータを使い分けて前記マスク処理を実行するものとしてもよい。
このようにマスクデータを使い分けることにより、他種類の地物との多様な奥行き感を実現することができる。
例えば、建物、高速道路その他の高架道路によってそれぞれマスク画像を用意する方法をとることが可能である。マスクデータの使い分けも種々の方法をとることができ、例えば、複数種類のマスクデータのうち、いずれか一つを選択して使用するようにしてもよいし、複数のマスクデータを併用するようにしてもよい。
前記地図データベースは、
さらに道路網をノードおよびリンクで表すとともに、各道路の種別を格納したネットワークデータを備えるとともに、
前記マスクデータを地物の種類に応じた異なるマスク画像を表すように複数種類備えており、
前記表示制御部は、前記ネットワークデータに基づいて前記特定の位置がいずれの道路の種別に存在するかを判定し、該判定結果に基づいて前記複数種類のマスクデータを使い分けて前記マスク処理を実行するものとしてもよい。
こうすることにより、道路種別に応じたマスクデータの使い分けができ、より違和感を抑えた表示を実現することができる。道路種別を考慮する例としては、例えば、特定の位置が、一般道路、高速道路その他の高架道路などのいずれに存在するかに応じてマスク処理の方法を切り替える態様をとることができる。
先に、特定の位置がいずれのマスク画像内に存在するかに応じてマスクデータを使い分ける方法を説明したが、これと道路種別との双方を考慮して使い分けるようにしてもよい。こうすることにより、更に柔軟なマスクデータの使い分けを実現することが可能となる。
前記表示制御部は、前記特定の位置が前記マスク画像内に存在するか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記マスクデータに基づいて前記可視形状を特定する特定方法を切り替えるものとしてもよい。
この態様は、マスクデータの使い分けをするかに関わらず適用することができる。特定の位置が、マスク画像内に存在するか否かの判断は、その特定の位置が地物によって遮蔽されるか否かを判断することになる。この判断結果に応じて、可視形状を特定する方法を切り替えれば、ユーザは可視形状を見ることによって、特定の位置が地物によって隠れる場所にあるのか否かを判別することが可能になるとともに、より違和感のない表示を実現することができる。
可視形状を特定する方法の切り替えは、種々の態様をとることができる。例えば、特定の位置がマスク画像内に存在する場合には位置表示全体を対象として可視形状を特定するようにし、そうでない場合は、位置表示の一部を対象として可視形状を特定してもよい。こうすることによって、特定の位置がマスク画像内に存在する場合は、そうでない場合よりも、可視形状が小さくなるから、地物によって遮蔽されている印象が強くなり、ユーザの直感に即した位置表示を実現することができる。
また本発明は、上述した3次元地図表示システムとしての態様に限らず、種々の態様で構成することができる。
即ち、
前記地物の3次元形状を表す3次元モデルを記憶する3D地図データベースと、
前記3D地図データベースから前記マスクデータの生成対象となる地物を特定するマスク条件設定部と、
前記所定の投影方法によって、前記マスク条件特定部によって特定された地物を平面上に投影して2次元のマスク画像を生成する平行投影部とを備えるマスクデータ生成システムとして構成することもできる。
かかるマスクデータ生成システムによれば、3次元モデルから、特定の地物を対象とするマスクデータを生成することが可能となる。こうして生成されたマスクデータは、本発明の3次元地図表示システムで利用可能である。
マスクデータ生成システムでは、マスク条件特定部において、マスク画像を生成する対象となる地物を複数設定することにより、地物の種類に応じた複数種類のマスクデータを生成可能としてもよい。
また、かかるコンピュータプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体として構成してもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスクやCD−ROM、光磁気ディスク、ICカード、ROMカートリッジ、パンチカード、バーコードなどの符号が印刷された印刷物、コンピュータの内部記憶装置(RAMやROMなどのメモリ)および外部記憶装置等、コンピュータが読取り可能な種々の媒体を利用できる。
A.装置構成
B.地物データ構造
B1.平行投影によるデータ
B2.複数の投影方位
C.マスクデータ
D.平行投影データ生成処理
E.地図表示処理
F.経路案内処理
F1.全体の処理
F2.座標変換
F3.現在位置表示処理
図4は、実施例における3次元地図表示システムの構成を示す説明図である。サーバ200からネットワークNE2等を介して提供される地図データに基づいて、ナビゲーション装置300に地図を表示する構成例を示した。地図を表示する端末としては、パーソナルコンピュータ、携帯端末などを用いてもよい。また、3次元地図表示システムは、ナビゲーション装置300のような端末とサーバ200とからなるシステムの他、スタンドアロンで稼働するシステムとして構成してもよい。
図中には、3次元地図データを生成するデータ生成装置100も併せて示した。
送受信部301は、サーバ200とのネットワークNE2を介した通信を行う。本実施例では、3次元地図を表示するための地図データおよびコマンドの送受信が主として行われる。
コマンド入力部302は、ユーザによる操作等を通じて指示を入力する。本実施例における指示としては、3次元地図の表示範囲、拡大・縮小の指定、経路案内を行う際の出発地、目的地の設定などが揚げられる。
GPS入力部303は、GPS(Global Positioning System)の信号に基づいて緯度経度の座標値を得る。また、経路案内では、緯度経度の変化に基づいて進行方向を算出する。
地図情報記憶部305は、サーバ200から提供された地図データを一時的に記憶しておくバッファである。経路案内時のように表示すべき地図が時々刻々と移動していく場合、地図情報記憶部305では不足する範囲の地図データをサーバ200から受信して地図を表示する。
マップマッチング変換部307は、経路案内をする場合に、探索された経路および現在位置を、平行投影された3次元地図上の道路上にずれなく表示するため、経路位置および現在位置の座標値に対して必要な座標変換を施す。座標変換の方法については後述する。
表示制御部306は、地図情報記憶部305およびマップマッチング変換部307から提供されるデータに基づいて、ナビゲーション装置300のディスプレイ300dに3次元地図を表示する。
表示制御部306には、マスク制御部306Aが備えられている。マスク制御部306Aは、3次元地図内に車両の現在位置などを表示する際に、地物等によって遮蔽されずに見える部分(以下、「可視形状」という)を特定するマスク処理を行う。
地図データベース210は、3次元地図を表示するためのデータベースである。本実施例では、地物データ211、文字データ212、ネットワークデータ213、マスクデータ214を含む地図データを格納する。地物データ211は、道路、建物などの地物を3次元的に表示するためのデータであり、地物の3次元モデルを平行投影することで得られた2次元のポリゴンデータである。文字データ212は、地図に表示すべき文字、例えば、地物の名称や地名などのデータである。ネットワークデータ213は、道路をノード、リンクの集まりで表現したデータである。ノードとは、道路同士の交点や道路の端点に相当するデータである。リンクはノードとノードとを結ぶ線分であり、道路に相当するデータである。本実施例では、ネットワークデータ213を構成するノード、リンクの位置は、緯度経度および高さの3次元データで定められている。マスクデータ214は、マスク処理に用いる2次元のポリゴンデータである。
送受信部201は、ネットワークNE2を介してナビゲーション装置300とのデータの送受信を行う。本実施例では、3次元地図を表示するための地図データおよびコマンドの送受信が主として行われる。また、送受信部201は、ネットワークNE1を介してデータ生成装置100との通信も行う。本実施例では、生成された地図データの授受が主として行われる。
データベース管理部202は、地図データベース210からのデータの読み出し、書き込みを制御する。
経路探索部203は、地図データベース210内のネットワークデータ213を用いて、経路探索を行う。経路探索には、ダイクストラ法などを用いることができる。
送受信部105は、ネットワークNE1を介してサーバ200とデータの授受を行う。
コマンド入力部101は、キーボード等を介してオペレータの指示を入力する。本実施例では、地図データを生成すべき領域の指定、平行投影パラメータ、マスクデータを生成する際の条件の指定等が含まれる。
3D地図データベース110は、地図データを生成するために用いられる3次元モデルからなる3D地図データ111、およびネットワークデータ112を格納するデータベースである。道路、建物などの地物については、3次元形状を表す電子データが格納されている。3D地図データ111としては、従来、透視投影によって3次元地図を表示するために備えられる3次元モデルを利用することができる。ネットワークデータ112は、サーバ200に格納されるネットワークデータ213と共通とすることができる。
平行投影部102は、3D地図データベース110における3D地図データ111を用いて平行投影による表示を行って2次元画像としての地物データを生成する。表示された投影図は、平行投影データ103に格納され、送受信部105を介してサーバ200の地図データベース210の地物データ211に格納される。
平行投影部102は、マスクデータ214の生成も行う。地物データ211を生成する際には、3D地図データ111に格納されている地物全体を対象とする平行投影が行われるが、マスクデータ214を生成する際には、特定の地物のみを対象として平行投影が行われる。マスク条件設定部106は、このマスクデータ214を生成する際に用いられるべき地物を特定する。地物を特定するための条件の設定については、後述する。
B1.平行投影によるデータ:
図5は、地物データの内容を示す説明図である。3次元データD3から平行投影によって2次元画像データD1、D2が得られる様子を示している。3次元データD3は、平面P3上に、建物M3の形状をx、y、zの3次元座標で表したデータである。
この建物M3を鉛直方向(図中の矢印A1方向)に平面P1上に平行投影すると、建物M3が長方形M1のように2次元的に表現された2次元画像データD1となる。これは、従来の2次元地図データに相当する。
これに対し、本実施例では、鉛直方向に対して所定の投影角度だけ傾けた斜め方向(図中の矢印A2方向)の平面P2上に平行投影する。この結果、2次元画像データD2上には、建物M2のように3次元的に建物が表示される。建物M2は3次元的に表現されてはいるものの、2次元画像データD2は、あくまでも投影された2次元の表示データである。本実施例では、投影面内のuv座標内の座標値(u1、v1)、(u2、v2)などの点列で、建物M2を表示するためのポリゴンデータを規定した。建物M2の側壁、屋根部分で個別のポリゴンデータとしてもよいし、全体を一つのポリゴンデータとしてもよい。窓Wは、建物の壁面に貼り付けるテクスチャ、つまりラスタデータとして用意してもよいし、窓を個別のポリゴンデータとして用意してもよい。
本実施例の地物データは、このように斜め方向の平行投影によって各地物を投影した2次元データによって構成されている。マスクデータも同様の平行投影によって生成された2次元画像データである。
図の左側には、この建物BL01の位置関係を2次元的に示した。地図データは、メッシュM01、M02に区切って整備されている。左下の緯度経度がP01(LAT01、LON01)で表されるメッシュM01内の矩形が建物BL01である。建物BL01の緯度経度は座標G(LATb、L0Nb)で表される。ここでは、建物BL01はメッシュM01からはみ出していない場合を例示した。
平行投影の結果、建物BL01は、メッシュM03内の部分BL03だけでなく、メッシュM04内の部分BL04によって描かれる。本実施例では、矢印CH03、CH04に示すように、一つの建物BL01を表示するポリゴンのうち、メッシュM03に属する部分BL03と、メッシュM04に属する部分BL04とを分離し、それぞれ別個のポリゴンデータとして管理する。
本実施例では、名称としては、建物の名称BL01を用いた。メッシュM03に属する部分BL03、およびM04に属する部分BL04には、共通の名称が付されることになるので、両者が同一の建物に対するポリゴンであることが判別可能となる。名称としてポリゴンに固有の名称を用いることもできる。この場合には、同一の建物に対するポリゴン同士を関連づける情報を別途用意しておくことが好ましい。
属性は、地物に対する付加情報である。例えば、建物であれば高さ、階数;道路であれば車線幅、国道等の種別などを用いることができる。
なお、別の態様として、マスクデータを地物データと共通のデータとして構成してもよい。つまり、地物データに格納される各ポリゴンに対して、マスクデータとして用いるか否かを示すフラグを付す方法をとってもよい。こうすることで、地物データおよびマスクデータを合わせた全体のデータ容量を抑制することができる利点がある。
平行投影パラメータは、投影角度と投影方位である。投影角度は、鉛直からどれだけ傾けた方向に投影するかを表すパラメータである。投影方位は、いずれの方位に傾けるかを表すパラメータである。地物データは、単一の投影方位に対して用意することもできるが、本実施例では、複数の方位に対して用意している。
本実施例では、8方位の地物データを用意したが、4方位としてもよいし、16方位またはそれ以上としてもよい。本発明者が検討した結果によれば、16方位で地物データを用意し、各方位の投影図を順次切り替えていけば、あたかも領域ARの周りを周回しながら、領域ARを見ているかのような表示を違和感なく実現することができることが分かっている。かかる観点からは、地物データは16方位に対して用意することが好ましいとも言える。
マスクデータも地物データと同様の方位に対して用意されている。
以下、本実施例におけるマスクデータについて例示する。本実施例では、複数種類の地物に分けてマスク画像が用意されている。本実施例では、各地物に対して用意されたマスク画像を、レイヤと呼び、マスク画像が複数種類用意されていることをレイヤ構造と呼ぶこともある。
図8は、3次元地図の表示例を示す説明図である。3次元地図データを平行投影して描いた表示例を示した。この例では、ビルBL1〜BL4、一般道路RD、高速道路HW1、HW2が描かれている。道路RD、高速道路HW1は、部分的にビルBL1、BL3によって遮蔽されている。
図9は、マスク画像例を示す説明図である。図8に対応したマスク画像例を示した。図8に示した地物のうち、ビルBL1〜BL4および高速道路HW1、HW2は、一般道路RD上を走行中に車両の現在位置を遮蔽する可能性がある地物である。本実施例では、このように車両の現在位置を遮蔽する可能性がある地物を抽出し、これらを対象として平行投影することによってマスク画像を生成している。マスク画像は、ビルBL1〜BL4および高速道路HW1、HW2を区別せずに生成することも可能であるが、本実施例では、より違和感のない表示を実現するため、両者を区別してマスク画像を生成した。
図9で、ハッチングの種類を分けて示してある部分は、以下に示す通り、それぞれ別種類のマスク画像として生成されていることを表している。
図9に示すBL1〜BL4およびこれと同種類のハッチングが施された画像は、所定以上の高さを有するビルのみを3次元地図データから抽出し、平行投影することによって得られたマスク画像である。マスク画像は、このようにビルを平行投影した上で、単色で塗りつぶしたシルエット状の画像として用意されている。
図9中のHW1、HW2は同様に、高速道路に対応したマスク画像である(以下、高速道路レイヤと呼ぶこともある)。ビルに対応するマスク画像とは別のマスク画像として保管されている。また、図9中のHW3は、高速道路のうち、いずれかのビルによって遮蔽されている部分を示すマスク画像(以下、非表示高速道路レイヤと呼ぶこともある)である。他のビルによって遮蔽されるか否かに関わらず高速道路全体を一つのマスク画像として用意してもよい。
図10は、誘導線の設定例を示す説明図である。図示する通り、道路RD上に誘導線NW3が設定され、高速道路HW1上にも誘導線NW1、NW2が設定されている。誘導線NW2は、ビルBL1によって遮蔽される部分を表している。同様に、他の一般道や高速道路HW2等にも誘導線が設定されているが、図の煩雑化を回避するため、図示を省略した。
図11は、誘導マスク例を示す説明図である。図10で示した誘導線のみを平行投影することで得られる画像である。本実施例では、誘導線については、一般道と高速道路とを区別せずに用意するものとした。ただし、誘導マスクNW3、NW1のようにビル等の地物によって遮蔽されていない部分(以下、誘導マスクと呼ぶこともある)と、誘導マスクNW2のように遮蔽される部分(以下、非表示誘導マスクと呼ぶこともある)とを区別して用意している。
かかる構造とすることにより、現在位置が地物によって遮蔽される位置であるか否かを容易に判断することができ、これによって現在位置の表示態様を切り替えることが可能となる。
次に、2次元画像データとしての地物データおよびマスクデータの生成処理について説明する。図12、図13は平行投影データ生成処理のフローチャートである。これは、データ生成装置100の平行投影部102およびマスク条件設定部106(図4参照)が実行する処理であり、ハードウェア的には、データ生成装置100のCPUが実行する処理である。
処理を開始すると、データ生成装置100は、データを生成する対象となる対象メッシュおよび平行投影パラメータ、即ち投影方位および投影角度を入力する(ステップS100)。これらの条件は、ユーザが入力するものとしてもよいし、予め設定しておいてもよい。
データ生成装置100は、ステップS100で指定された対象メッシュおよびその周辺所定範囲のメッシュから、処理回数に応じた内容の3D地図データまたはネットワークデータを読み込む(ステップS101)。図中に示した通り、1回目は地図データ、2回目は高速道路の3D地図データ、3回目は3D地図データのうち高速道路を除く建物の高さTh以上の部分、4回目はネットワークデータを読み込む。2〜4回目は、それぞれマスクデータの生成が目的であるから、各データは単色化、即ち全ポリゴンを単色で塗りつぶした状態で読み込むものとした。
3回目に読み込むべき建物の高さThは任意に設定可能である。高さThを小さい値にすれば、現在位置を遮蔽する可能性のない地物などがマスク画像の対象となり、かえってマスク処理が適切に行われなくなるおそれがある。高さThを大きくすれば、現在位置を遮蔽する可能性のある地物がマスク画像の対象から漏れる可能性がある。高さThは、両者を考慮に入れながら設定することが好ましい。対象メッシュが都市部か否かなど、建物の数や密度に応じて高さThを変えても良い。
対象メッシュの周辺からもデータを読み込むのは、図6のメッシュM03、M04に示したように、平行投影で地物データを生成する場合、処理対象となるメッシュに対しては、そのメッシュ内に存在しない地物の一部が投影されることもあるからである。対象メッシュの周辺からもデータを読み込み、これらを合わせて平行投影することにより、他のメッシュに存在する地物も含む地物データを得ることが可能となる。
これらの処理により、1回目は地物データが生成される。2〜4回目はそれぞれマスクデータが生成される。2回目は高速道路レイヤ基本データ、即ち建物等によって遮蔽される部分とそうでない部分とを区別していない状態での高速道路のマスクデータが生成される。3回目は、建物レイヤ、即ち建物を対象とするマスクデータが生成される。4回目は、誘導マスク基本データ、即ち建物等によって遮蔽される部分とそうでない部分とを区別していない状態での誘導線のマスクデータが生成される。
また、データ生成装置100は、高速道路レイヤ基本データに建物レイヤを重ね合わせることによって、建物に遮蔽されない表示部分と、遮蔽される非表示部分に分ける(ステップS107)。図中に、この処理の例を示した。この図は、ポリゴンA1〜A3に相当する部分からなる高速道路基本レイヤに、建物レイヤを重ねた状態を表している。建物レイヤ内に属するポリゴンA2の部分は、平行投影した場合、高速道路のうち建物によって遮蔽される部分であることになる。従って、この部分は、非表示高架道路レイヤとなる。ポリゴンA1、A3の部分は、平行投影しても建物に遮蔽されない部分である。従って、ポリゴンA1、A3は高速道路レイヤとなる。
以上の処理を終えると、データ生成装置100は、生成されたデータを地物データおよびマスクデータとしてデータベースに格納する(ステップS109)。
以上の処理を全メッシュについて実行することによって、本実施例の地物データ211を整備することができる。
図14は、地図表示処理のフローチャートである。本実施例では、ナビゲーション装置300の主制御部304および表示制御部306が実行する処理であり、ハードウェア的にはナビゲーション装置300のCPUが実行する処理である。
CPUは、従前の地図表示処理において既に取得しナビゲーション装置300内に保持されている地図情報から、指定に対応する地図情報を抽出する(ステップS301)。地図情報とは、地物データ、文字データ、ネットワークデータ、マスクデータなど、地図を表示するために必要となる種々のデータの総称である。
図に抽出の様子を示した。メッシュで区切られた地図情報MEのうち、ハッチングを付した部分が既にナビゲーション装置300に保持されている地図情報である。領域IAは、ユーザからの指定に対応する範囲を表している。この例では、保持されている地図情報のうち領域IAに重なる部分、つまりメッシュME3、ME4を除く部分が抽出されることになる。
領域IAと重複しないメッシュME3、ME4については、不要な情報として消去してもよいし、ナビゲーション装置300のメモリが許容する限り、残しておくようにしてもよい。
従来は3次元モデルを用いて、レンダリングと呼ばれる処理を行って透視投影図を作成し、3次元地図を表示していたため、レンダリングに要する処理負荷が非常に大きかったのに対し、本実施例では、非常に軽い負荷で3次元地図を表示可能となる大きな利点がある。
本実施例では、車両の現在位置を表示する際に、マスク処理を行って地物との奥行き感を実現することができる。このマスク処理については、次の経路案内処理の中で説明する。
F1.全体の処理:
図15は、経路案内処理のフローチャートである。左側にナビゲーション装置300の処理を示し、右側にサーバ200の処理を示した。これらは、図4に示した種々の機能ブロックが協同して実行する処理であり、ハードウェア的には、ナビゲーション装置300およびサーバ200のCPUが実行する処理である。
サーバ200は、出発地、目的地の指定を入力すると(ステップS200)、ネットワークデータ213(図4参照)を用いて経路探索を行う(ステップS201)。経路探索は、例えば、ダイクストラ法等を用いることができる。サーバ200は探索結果、即ち経路となるべきネットワークデータをナビゲーション装置300に出力する(ステップS202)。
経路探索処理は、必ずしもサーバ200で行う必要はなく、ナビゲーション装置300にネットワークデータを格納しておき、スタンドアロンで経路探索可能な構成としてもよい。
まず、ナビゲーション装置300は、ユーザの現在位置、進行方向を入力する(ステップS220)。現在位置は、GPSによって特定できる。進行方向は、従前の位置から現在位置までの変化に基づいて求めることができる。
次に、ナビゲーション装置300は表示範囲決定処理を行う(ステップS220)。この処理は、現在位置、進行方向に基づいて地図の表示範囲を決定する処理であり(ステップS220)、次に示す手順で行うことができる。
ナビゲーション装置300は、まず進行方向に基づいて、地図の方位を決定する。本実施例では8方位に対して地物データが用意されているため、使用すべき方位を、進行方向に応じて選択するのである。各方位には、破線で示すように、それぞれ45度の角度領域を割り当てておき、ナビゲーション装置300は、これらの8つの角度領域から進行方向が含まれるものを選択するようにすればよい。角度領域は地物データが用意されている方位数に応じて決めることができる。16方位の地物データが用意されている場合には22.5度とすればよいし、4方位の場合には90度とすればよい。
本実施例では、経路を表すネットワークデータおよび現在位置は、高さを含む3次元の位置座標で規定されている。また道路も、いわゆるアンジュレーション、つまり地表面の高さ変化を反映するため、高さ情報を有する3Dデータを平行投影することで生成されている。従って、ネットワークデータを平行投影と同じ方法で投影した上で地図上に表示しないと、経路が道路からずれて表示されてしまう。
そこで、本実施例では、経路を道路上に適切に表示するため、現在位置およびネットワークデータに対して平行投影を施して表示位置を得る処理を行う。これが、座標変換処理(ステップS230)である。座標変換の処理方法については後述する。
次に、ナビゲーション装置300は、現在位置を表示する(ステップS310)。現在位置の他に経路探索で得られた経路を表示してもよい。経路は、道路とは異なる色、線などで示してもよいし、進行すべき方向や曲がり角などに、矢印その他を表示してもよい。
ナビゲーション装置300は、ユーザが目的地に到着するまで(ステップS311)、ステップS220以降の処理を繰り返し実行し、経路案内を行う。
図16は、アンジュレーションによる影響を示す説明図である。
図中の面A2Dは2次元地図における地表を表し、面A3Dは3次元地図における地表を表している。右側に示す通り、本実施例におけるネットワークデータ213、および地物データの生成に用いられる3D地図データベース110は、面A3Dに相当する3次元の情報を有するデータである。2次元平面A2D内のメッシュM2Dに対応する範囲は、起伏のあるメッシュM3Dに対応する。
面Apは平行投影による投影図を示している。矢印Vpjで示す方向に投影するため、2次元平面A2D内のメッシュM2Dに対応する範囲は、やや斜めにずれた位置のメッシュMP2となる。
一番下に示した面Agは、GPSで得られた緯度経度の座標面である。
点P3Dを平行投影すれば、面Ap上のメッシュMp2内の点Pp2に表示される。これに対し、点P3Dの3次元座標のうち、2次元の要素(X、Y)を、平行投影が施された座標値であると想定すると、面Ap内では、本来のメッシュMp2とは異なるメッシュMp1内の点Pp1に表示されてしまう。本来の点Pp2との誤差Vcが生じてしまうのである。
そこで、本実施例では、面Ap内で点P3Dに対して、誤差Vc分の移動に相当する座標変換を施すことにより、点P3Dを平行投影した状態での表示を実現した。
図中の矢印Vpjは平行投影の方向を示している。点P3Dは、この平行投影によって点Pp2に投影されるべきものとする。
点P3DのX、Y座標のみを用いて投影した結果は点Pp1であるから、誤差Vcは、点Pp1から点Pp2に向かうベクトルとなり、図中のベクトルVcに等しくなる。
点P3Dの高さを保持したまま、−X方向に平行移動するベクトルVc0に相当する変換行列を求める。投影角度Apを用いれば、ベクトルVc0の大きさは、点P3Dの高さzとtan(Ap)の積で表されるから、ベクトルVc0(Vc0x、Vc0y、Vc0z)は、次の通り表される。
Vc0x=−z×tan(Ap);
Vc0y=0;
Vc0z=0;
Vcx=−z×tan(Ap)×cos(Ay);
Vcy= z×tan(Ap)×sin(Ay);
Vcz=0;
従って、P3Dを鉛直に投影した点Pp1に対して、上述の補正ベクトルVcを適用すれば点Pp2を求めることができる。補正ベクトルVcは、実質的には(Vcx、Vcy)の2次元ベクトルであるから、平行投影の投影面内で補正が可能である。
処理を開始すると、ナビゲーション装置300は、平行投影パラメータAp(投影角度)、Ay(投影方位)を入力する(ステップS301)。そして、平行投影パラメータに基づいて座標変換行列を生成する(ステップS302)。行列の内容は、図17で説明した通りである。
こうして現在位置およびネットワークデータの座標変換を終えると、ナビゲーション装置300は座標変換処理を終了する。この変換結果を用いて、地図表示が行われる(図15のステップS310参照)。
次に、地図内に車両の現在位置を表示する処理について説明する。本実施例では、建物等の地物で遮蔽される遮蔽部分と、そうでない可視形状とで位置の表示態様を変えるマスク処理を施すことで、建物等との奥行き感をもたせた表示を行うことができる。以下では、まずマスク処理の処理例を示した上で、現在位置表示処理のフローチャートを示す。
図19(a)には、建物BLD19aによって、現在位置を示す位置表示PPM19aの一部が遮蔽される場合の処理例を示した。図示するように、建物BLD19aによって遮蔽部分は、位置表示PPM19aを破線で示し、残りの部分を実線で示している。遮蔽部分は、建物レイヤのマスクデータと重畳する部分で特定することができる。こうすることによって、現在位置が建物BLD19aによって遮蔽される位置にあることを直感的に認識することができ、奥行き感を持たせた位置表示を実現することができる。
図19(b)には、高速道路HW19bによって、位置表示PPM19bの一部が遮蔽される場合の処理例を示した。位置表示のうち遮蔽部分は、高速道路レイヤと重畳する部分で特定することができる。位置表示PPM19bのうち、遮蔽部分を破線で、そうでない可視形状を実線で表示することにより、奥行き感のある表示を実現している。
図20(a)には、高速道路HW20a上を走行する場合の位置表示PPM20aを例示した。位置表示の一部は、建物BLD20a1、BLD20a2等で遮蔽されている。遮蔽部分の形状を特定するためには、建物レイヤのマスクデータを用いるが、高速道路レイヤのマスクデータは用いない。高速道路レイヤのマスクデータを用いてしまうと、高速道路によって位置表示の一部が遮蔽されている状態での表示となってしまい、高速道路の下にある一般道路を走行しているかのような表示になってしまうからである。このように、車両の走行状態に応じて、マスクデータを使い分けることによって、適切な位置表示を実現することができる。
図20(b)には、同様に、高速道路HW20b上を走行する場合の位置表示PPM20bを例示した。位置表示の一部は、建物BLD20bによって遮蔽されている。この場合も、遮蔽部分の形状を特定するためには、建物レイヤのマスクデータが用いられるが、高速道路レイヤのマスクデータは用いない。こうすることにより、高速道路による遮蔽は行わず、建物BLD20bとの奥行き感を持たせた位置表示を実現することができる。
図21には、地下構造の高速道路を走行する場合の例を示した。図21(a)は高速道路の構造を示している。高速道路HW21aUは地上を走行しており、高速道路HW21aB部分になると、地下を走行する状態となっている。現在位置PP21aは、地下部分である高速道路HW21B上にある。図21(b)は、この状態での位置表示を例示する。位置表示PPM21bのうち地上に現れる可視部分は実線で描かれ、地下の部分、建物等によって遮蔽される部分は、破線で描かれる。遮蔽部分は、地表レイヤおよび建物レイヤのマスクデータと重畳する部分で特定することができる。高速道路レイヤのマスクデータは用いない。高速道路レイヤを用いない理由は、図20で説明した通りである。地表レイヤを用いる理由は、地下部分について、適切なマスク処理を施すためである。こうすることにより、建物レイヤや高速レイヤのマスクデータが存在しない場所であっても、地下に位置する部分について遮蔽された状態での位置表示を実現することができる。
現在位置とマスクデータとの位置関係としては、現在位置、即ち位置表示の重心位置が視認できる場合/できない場合の2通りに分けられる。図中では、上の段に、重心位置が視認できる場合を示し、下の段に、視認できない場合を示した。重心位置が存在するか否かは、誘導マスク/非表示誘導マスクの各マスクデータを用いることにより判断することができる。つまり、経路誘導中であれば、現在位置は、誘導線に沿って移動しているはずであるから、誘導マスク/非表示誘導マスクのいずれかに存在するはずである。現在位置が誘導マスク内に存在する場合には、重心が視認できることを意味し、非表示誘導マスク内に存在する場合には、重心が視認できないことを意味することになる。
ここでは、一部を対象とする場合として、現在位置よりも手前の位置表示のみを対象とする例を示している。「手前」とは、例えば、進行方向ベクトルで位置表示を2分割し、その下半分とすることができる。また、別の方法として、位置表示のうち重心位置から下半分のみを対象としてもよい。また、マスクデータは平行投影で生成された2次元画像であるから、平行投影における投影方向を表すベクトルと、現在位置において投影面内で直交する直線を境界線とし、この境界よりも2次元画像内で下側にある部分が手前にあるとして、この部分のみをマスク処理の対象としてもよい。
表示D1は、重心位置が視認できる場合、かつ全体をマスク処理する場合の例である。この例では、建物BLD221、BLD222によって遮蔽された形で位置表示PPM221が表示される。
表示D2は、重心位置が視認できる場合、かつ手前部分のみをマスク処理する場合の例である。この例では、建物BLD221によって遮蔽された形で位置表示PPM221が表示される。建物BLD222による遮蔽は考慮しないため、位置表示PPM222は、表示D1よりも視認しやすくなるとともに、建物BLD222よりも位置表示が手前にあるという奥行き感が与えられる。
表示D3は、重心位置が視認できない場合、かつ全体をマスク処理する場合の例である。この例では、建物BLD221、BLD223によって遮蔽された形で位置表示PPM223が表示される。
表示D4は、重心位置が視認できない場合、かつ手前部分のみをマスク処理する場合の例である。この例では、建物BLD221によって遮蔽された形で位置表示PPM224が表示される。重心位置が視認できないにもかかわらず、建物BLD223よりも位置表示を優位に表示することによって、現在位置が本来の位置よりも、建物BLD223側にあるかのような錯覚を与える表示となっている。
本実施例では、表示D1〜D4のそれぞれによって与えられる視覚的な効果を考慮し、重心が視認できる場合には、手前部分のみをマスク処理の対象とする表示D2を用い、重心が視認できない場合には、全体をマスク処理の対象とする表示D3を用いるものとした。こうすることによって、より違和感のないマスク処理を実現することができる。
図23は、レイヤ制御の内容を示す説明図である。車両の走行状態に応じてマスクデータを使い分けるための規則を一覧表にしたものである。
まず、自車位置が一般道路にいる場合と、高速道路にいる場合とで、使い分けを行う。いずれの道路にいるかの判断には、経路探索で得られた経路がネットワークデータ上のリンクで特定されているため、その属性としてのネットワーク道路種別によって判定することができる。一般道路にいる場合は、ネットワーク道路種別は「一般道路」となるし、高速道路にいる場合には「高速道路」となる。本実施例では、一般道路と高速道路とで規則を分けるものとしたが、現在位置を遮蔽するか否かという観点では、一般道路における高架道路でも同じである。従って、非高架道路、高架道路という区分でレイヤ制御の規則を設定してもよい。
一般道路上にいる場合には、高速道路を含む地物との関係で、自車位置が、いずれにも隠れない場合、建物に隠れる場合、高速道路に隠れる場合などに分かれるが、本実施例では、いずれの場合も、建物レイヤ、高速道路レイヤ、非表示高速道路レイヤのマスクデータを用いてマスク処理を行うものとした。従って、一般道路上にいる場合の中で、更にレイヤを使い分けるための判断条件は設定されていない。
一方、高速道路上にいる場合には、自車位置が何も隠れない場合、建物に隠れる場合、および先に図21で示した例やトンネルなどように、地表に隠れる場合がある。このうち、何も隠れない場合および建物に隠れる場合については、建物レイヤを用いてマスク処理を行えばよい。地表に隠れる場合には、建物レイヤおよび地表レイヤを用いてマスク処理を行う。
いずれの場合に当たるか否かの判断条件は、次の通りである。自車位置が、高速道路非表示レイヤ、または非表示高速道路レイヤに存在するときは、「何も隠れない」または「建物に隠れる」と判断する。自車位置が、建物レイヤまたは地表レイヤに存在する場ときは、「地表に隠れる」と判断する。
このように、自車位置が走行するネットワーク道路種別、および自車位置が存在するレイヤに基づいて、マスク処理に用いるレイヤを切り替えることにより、図19〜21で示した多彩なマスク処理を実現することができる。
図24および図25は、現在位置表示処理のフローチャートである。この処理は、経路案内処理(図15)のステップS400に相当する処理である。本実施例では、ナビゲーション装置300の主制御部304および表示制御部306が実行する処理であり、ハードウェア的にはナビゲーション装置300のCPUが実行する処理である。
まず、ナビゲーション装置300は、現在位置およびマスクデータを読み込む(ステップS401)。そして、ネットワークデータに基づいて現在の道路種別を取得する(ステップS402)。
道路種別が一般道路である場合には(ステップS403)、マスク処理対象のレイヤとして、建物レイヤ、高速道路レイヤ、非表示高速道路レイヤを設定する(ステップS404)。
道路種別が高速道路である場合には(ステップS403)、現在位置がとマスクデータとの位置関係を判断する。現在位置が、高速道路レイヤまたは非表示高速道路レイヤに存在する場合には(ステップS405)、マスク処理対象として、建物レイヤを設定する(ステップS406)。現在位置が、建物レイヤまたは地表レイヤに存在する場合は、マスク処理対象として、建物レイヤおよび地表レイヤを設定する(ステップS407)。
次に、図22で説明したマスク処理方法の切り替えを行うため、現在位置と誘導マスク/非表示誘導マスクとの位置関係を判断する(ステップS410)。現在位置が非表示誘導マスク内に存在する場合には、位置表示全体をマスク処理の対象とする(ステップS411)。現在位置が誘導マスク内に存在する場合には、図中に例示したように、位置表示を進行方向に向かって上下に2分割し、下半分のみをマスク処理の対象とする(ステップS412)。
以上でマスク処理に用いるレイヤが設定され、マスク処理の方法が定まる。ナビゲーション装置300は、マスク処理によって現在位置マークを表示するためのデータを生成し(ステップS413)、現在位置マーク表示データを表示する(ステップS414)。
本発明は上述の実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができることはいうまでもない。例えば、実施例においてハードウェア的に構成されている部分は、ソフトウェア的に構成することもでき、その逆も可能である。
101…コマンド入力部
102…平行投影部
103…平行投影データ
110…3D地図データベース
111…3D地図データ
112…ネットワークデータ
105…送受信部
200…サーバ
201…送受信部
202…データベース管理部
203…経路探索部
210…地図データベース
211…地物データ
212…文字データ
213…ネットワークデータ
214…マスクデータ
300…ナビゲーション装置
301…送受信部
302…コマンド入力部
303…GPS入力部
304…主制御部
305…地図情報記憶部
306…表示制御部
306A…マスク制御部
307…マップマッチング変換部
Claims (8)
- 地物を3次元的に表現した3次元地図と、該3次元地図中の特定の位置を表す位置表示とを重畳して表示する3次元地図表示システムであって、
所定の投影方法によって前記地物を平面上に投影した2次元表示データとしての地物データと、所定以上の高さにある前記地物を前記投影方法によって平面上に投影した2次元のマスク画像を表すマスクデータとを格納する地図データベースと、
3次元地図を表示すべき範囲の指定を入力する表示範囲入力部と、
前記地図データベースから、前記指定に対応した地物データを読み込んで3次元地図を表示する表示制御部とを備え、
前記表示制御部は、
前記特定の位置の3次元座標を前記投影方法で投影することにより前記3次元地図内における表示用座標値を求め、
前記表示用座標値に所定形状の前記位置表示を行った場合に、該位置表示のうち前記地物によって遮蔽されずに視認できる部分に相当する可視形状を前記マスクデータに基づいて特定するマスク処理を実行し、前記3次元地図に重畳して前記可視形状で前記位置表示を行う
3次元地図表示システム。 - 請求項1記載の3次元地図表示システムであって、
前記投影方法は、鉛直方向に対して所定の投影角度だけ傾けた斜め方向からの平行投影である3次元地図表示システム。 - 請求項1または2記載の3次元地図表示システムであって、
前記マスクデータが、地物の種類に応じた異なるマスク画像を表すように複数種類備えられており、
前記表示制御部は、前記特定の位置がいずれの前記マスク画像内に存在するかを判定し、該判定結果に基づいて前記複数種類のマスクデータを使い分けて前記マスク処理を実行する3次元地図表示システム。 - 請求項1または2記載の3次元地図表示システムであって、
前記地図データベースは、
さらに道路網をノードおよびリンクで表すとともに、各道路の種別を格納したネットワークデータを備えるとともに、
前記マスクデータを地物の種類に応じた異なるマスク画像を表すように複数種類備えており、
前記表示制御部は、前記ネットワークデータに基づいて前記特定の位置がいずれの道路の種別に存在するかを判定し、該判定結果に基づいて前記複数種類のマスクデータを使い分けて前記マスク処理を実行する3次元地図表示システム。 - 請求項1〜4いずれか記載の3次元地図表示システムであって、
前記表示制御部は、前記特定の位置が前記マスク画像内に存在するか否かを判定し、該判定結果に基づいて前記マスクデータに基づいて前記可視形状を特定する特定方法を切り替える3次元地図表示システム。 - 請求項1記載の3次元地図表示システムで用いられるマスクデータを生成するマスクデータ生成システムであって、
前記地物の3次元形状を表す3次元モデルを記憶する3D地図データベースと、
前記3D地図データベースから前記マスクデータの生成対象となる地物を特定するマスク条件設定部と、
前記所定の投影方法によって、前記マスク条件特定部によって特定された地物を平面上に投影して2次元のマスク画像を生成する平行投影部とを備えるマスクデータ生成システム。 - コンピュータによって、地物を3次元的に表現した3次元地図と、該3次元地図中の特定の位置を表す位置表示とを重畳して表示する3次元地図表示方法であって、
前記コンピュータは、所定の投影方法によって前記地物を平面上に投影した2次元表示データとしての地物データと、所定以上の高さにある前記地物を前記投影方法によって平面上に投影した2次元のマスク画像を表すマスクデータとを格納する地図データベースを備えており、
3次元地図を表示すべき範囲の指定を入力する表示範囲入力工程と、
前記地図データベースから、前記指定に対応した地物データを読み込んで3次元地図を表示する表示制御工程とを備え、
前記表示制御工程は、
前記特定の位置の3次元座標を前記投影方法で投影することにより前記3次元地図内における表示用座標値を求め、
前記表示用座標値に所定形状の前記位置表示を行った場合に、該位置表示のうち前記地物によって遮蔽されずに視認できる部分に相当する可視形状を前記マスクデータに基づいて特定するマスク処理を実行し、前記3次元地図に重畳して前記可視形状で前記位置表示を行う
3次元地図表示方法。 - コンピュータによって、地物を3次元的に表現した3次元地図と、該3次元地図中の特定の位置を表す位置表示とを重畳して表示するためのコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータは、所定の投影方法によって前記地物を平面上に投影した2次元表示データとしての地物データと、所定以上の高さにある前記地物を前記投影方法によって平面上に投影した2次元のマスク画像を表すマスクデータとを格納する地図データベースを備えており、
該コンピュータプログラムは、
3次元地図を表示すべき範囲の指定を入力する表示範囲入力機能と、
前記地図データベースから、前記指定に対応した地物データを読み込んで3次元地図を表示する表示制御機能とを前記コンピュータに実現させ、
前記表示制御機能として、
前記特定の位置の3次元座標を前記投影方法で投影することにより前記3次元地図内における表示用座標値を求め、
前記表示用座標値に所定形状の前記位置表示を行った場合に、該位置表示のうち前記地物によって遮蔽されずに視認できる部分に相当する可視形状を前記マスクデータに基づいて特定するマスク処理を実行し、前記3次元地図に重畳して前記可視形状で前記位置表示を行う機能を前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。
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