JP3554124B2 - 画像表示装置及びナビゲーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地図情報処理システムに係り、特に、ドライバーに違和感を与えない立体的な地図を表示することができるナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市開発や土地管理等に利用される地図情報システムにおいては、データベースに登録された地図情報（地形の標高データ等）と属性情報（各地図要素（建造物や道路等）毎に、形状データや名称等を含むデータが登録された情報）と等に基づいて、建造物等と背景との整合の取れた三次元画像（以下、景観画像と呼ぶ）を再現することが要求されている。そこで、こうした要求に対応するための方法として、以下に説明する特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式等が提案されている。
【０００３】
特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式は、地図情報に基づいて作成した地形の３次元画像と、属性情報に基づいて作成した各地図要素の３次元画像とを合成することによって、より自然な景観画像を作成する方法である。本方法によれば、地図を一見しただけでは把握しにくい地上付近から眺めた景観等を、よりリアルに表示することができる。即ち、本方法をナビゲーションシステムに適用すれば、ドライバーは、ディスプレイ等に表示された立体地図から、実際の車両の走行位置の周辺の状況を違和感なく把握することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式においては、全地図要素についての高さ情報がデータベースに登録されていることが前提とされている。従って、既存の地図情報システムのデータベースや、将来的に提供される各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用できる可能性は少ない。
【０００５】
また、上記特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式においては、道路整備等による交通環境が変化してもデータベースは更新されない。従って、本方法を適用したナビゲーションシステムにおいては、人為的にデータベースの更新が定期的に行われない限り、過去の或る時点における地図情報がデータベースに登録されているので、現在の交通環境に合った立体地図が表示されない。つまり、最新の交通情報をドライバに提供するために、定期的なデータベースのメンテナンスが必要とされる。
【０００６】
そこで、本発明は、各地図要素の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる画像表示装置を提供し、各種の地図情報システムのデータベースを効率的に利用することを目的とする。また、こうした画像表示装置を利用したナビゲーションシステムにおいて、現在の交通環境に合った最新の立体地図表示を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係るナビゲーションシステムは、
地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図の画像を表示するナビゲーションシステムであって、
地表面の標高データを含み、当該地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上に位置している地図要素の高さ情報を含む、当該地図要素の三次元形状を表す立体データと、前記地図要素とは異なる地図要素の二次元形状を表す平面データと、を記憶した前記地図情報と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
地図要素が高さ情報を有するか否かを識別する高さ情報識別手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有しないとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、当該地図要素の平面データと前記標高データとに基づき生成する二次元モデル生成手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有するとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、高さ情報を含む、当該地図要素の立体データに基づき生成する三次元モデル生成手段と、
前記二次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルと、前記三次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルとを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記各地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に透視変換した投影図を作成する投影手段と、
前記地図の画像に、車両の現在位置から、指定された目的地に至る経路を表示する経路誘導手段と、
前記車両の現在位置に基づいて、前記経路上に、前記車両の走行位置を表すアイコンを表示するアイコン表示手段と、
を備える。
【０００８】
したがって、本発明に係るナビゲーションシステムによれば、地図情報中に、構造物の二次元形状を表す形状データと、構造物の三次元形状を表す形状データとが混在していても、即ち、各構造物の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる。従って、各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用することが可能となると思われる。また、こうしたナビゲーションシステムを車両に搭載し、車両の走行路の勾配に応じて、地図情報に含まれる地形の形状データを適宜補正するようにすれば、現在の交通環境に合った最新の立体地図表示が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態をナビゲーション装置に適用した場合について説明する。
【００１０】
最初に、図１により、本実施の形態に係るナビゲーション装置の基本構成について説明する。
【００１１】
本ナビゲーション装置は、地図情報（地形の標高データ等）と属性情報（各地図要素の形状を表す形状データ等）とを登録したデータベースが格納された記憶装置１０３（ＣＤ−ＲＯＭ、ＩＣカード等）と、記憶装置１０３に格納された地図情報等から作成される立体地図等をグラフィック表示するディスプレイ１０２（ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等）と、音声データの入出力を行う音声入出力装置１０４と、ドライバからの入力を受け付ける入力装置（ジョイスティックやスクロールキー等のハードスイッチ、ディスプレイ１０２上に表示されたタッチパネル等）１０５と、本ナビゲーション装置全体を制御する演算処理部１０１と、人工衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置１０９と、路上のビーコンから発信される道路交通情報（工事による通行止め等の交通規制に関する情報や、駐車場に関する情報等）やＦＭ多重放送を受信する受信装置１１０と、車両に搭載されたＥＣＵとの間の情報転送（ドアの開閉状態、各ライトの点灯状態、エンジンの状態等に関する情報の転送）を制御するＬＡＮ装置１１１と、演算処理部１０１において実行される車両の走行位置の検出処理等に使用されるパラメータを得るための各種センサ１０６，１０７，１０８，１１２とを備える。尚、ここでいう各種センサとは、通常の車両に一般的に搭載されているセンサであり、具体的には、所定の方位（例えば、東）を基準とする車両の進行方位を地磁気を利用して検出する方位センサ１０７や、所定の方位（例えば、東等）を基準とする車両の回転角を検出するジャイロ１０８（光ジャイロ、振動ジャイロ等）や、車両の旋回の検出等に利用される左右輪の回転数の差分から車両が曲がった角度を測定する車輪速センサ１０６や、車両の走行路の勾配を検出する勾配センサ１１２等がこれに当たる。尚、演算処理装置１０１からディスプレイ１０２に伝送される映像信号Ｓ１には、一般に、ＲＧＢ信号を線形変換して作成したＮＴＳＣ信号（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）が採用されている。
【００１２】
さて、図１の演算処理装置１０１は、図２に示すように、各種コマンド処理等を格納したＲＯＭ１２０３と、各種演算処理を定義したプログラム等を格納したＲＡＭ１２０４と、ＲＡＭ１２０４に記憶されたプログラムに従って各種演算処理等を実行するＣＰＵ１２０１と、各デバイスとＲＡＭ１２０２との間のデータ転送の高速化を実現するＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）１２０２と、ベクトルデータから画素データへの変換処理と図形要素の描画処理等を実行する描画コントローラ１２０５と、各画素の色彩を記憶したＶＲＡＭ１２０６と、ＶＲＡＭ１２０６に記憶された各画素の色彩をＲＧＢ信号に変換してディスプレイ１０２に転送するカラーパレット１２０７と、各種センサ１０６，１０７，１０８からの出力信号等をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器１２０８と、シリアル信号をパラレル信号に変換するＳＣＩ１２０９と、各デバイス間を接続したバスにパラレル信号をのせるＰＩＯ１２１０と、パルス信号を積分するカウンタ１２１１とを備える。
【００１３】
更に、こうした演算処理部１０１の機能的構成を説明すると、以下のようになる。即ち、図１の演算処理部１０１は、図３に示すように、記憶装置１０３に格納されたデータベースから地図情報等を取り出すデータ読込部３０９と、ドライバが入力したコマンド等を解析するコマンド解析部３００と、ＧＰＳ受信装置１０９が受信したＧＰＳ信号Ｓ８等を用いて車両の走行位置を逐次算出する位置算出部３０１と、車輪速センサ１０６からの出力信号Ｓ５とジャイロ１０８からの出力信号Ｓ７とを用いて位置算出部３０１が算出した車両の走行位置を補正するマップマッチ処理を実行するマップマッチ処理部３０３と、マップマッチ処理部３０３で補正された車両の走行位置を適当なタイミングで記憶する軌跡記憶部３０４と、データ読込部３０９が取り出した地図情報に含まれる道路データ（ノード間を連結したリンクの集合データ）から２地点間を結ぶ経路をダイクストラ法等を用いて検索する経路計算部３０５と、経路計算部３０５の検索により得られた経路情報を記憶する経路記憶部３１０と、データ読込部３０９が取り出した地図情報等を用いて後述の立体地図作成処理を実行して立体地図を作成する処理等を行う表示処理部３０２と、ディスプレイ１０２上にタッチパネル等を表示するメニュー表示部３０７と、経路記憶部３１０が記憶する経路情報の内から任意の経路情報を検索する経路誘導部３０８、勾配センサ１１２の出力を用いて後述のデータベースの更新処理を行うデータベース更新部（不図示）とを備える。
【００１４】
以上で、本実施の形態に係るナビゲーション装置の基本構成についての説明を終り、以下、図３に示した演算処理部１０１の各ブロックで実行される各種の処理について順番に説明してゆく。
【００１５】
まず、通常のナビゲーション装置としての基本的機能を実現するための処理の概略について説明する。但し、ここでは、ディスプレイ１０２上には、既に、表示処理部３０２が作成した適当な立体地図が表示されていることとする。
【００１６】
位置算出部３０１は、通常、ＧＰＳ受信装置１０９が受信した３つ以上の人工衛星からのＧＰＳ信号Ｓ８を用いて車両の走行位置（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を逐次算出する。ところが、ＧＰＳ信号Ｓ８を受信できないトンネル内やビル影等にさしかかると、位置算出部３０１は、車輪速センサ１０６からの出力信号Ｓ５とジャイロ１０８からの出力信号Ｓ７と方位センサ１０７からの出力信号Ｓ６と、勾配センサ１１２からの出力信号Ｓ１１と、次式とを用いて車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）を逐次算出する。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】
【００１９】
【数３】
【００２０】
ここで、θは、ジャイロ１０８及び方位センサ１０７で検出された車両の進行方位であり、Ｒは、勾配センサ１１２で検出された車両の傾斜角であり、ΔＬ１は、車輪速センサ１０６で検出された車輪速度の積分値から求めた車両の進行距離である。また、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、前回算出した車両の走行位置の座標である。
【００２１】
その後、マップマッチ処理部３０３は、位置算出部３０１で算出された車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）に含まれる誤差（各種センサの出力誤差に起因する誤差）を除去するために、マップマッチ処理を実行する。即ち、データ読込部３０９が取り出した地図情報に含まれる道路データから認識される道路と、位置算出部３０１が算出した車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）との比較によって車両の走行路を認識し、更に、走行路と車両の走行位置との整合がとれるように、車両の走行路の位置を基準として車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）を補正する。
【００２２】
このようにして最終的に車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）が定まったら、表示処理部３０２は、ディスプレイ１０２に表示されている立体地図上の、車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）に相当する位置にアイコン等を更新表示する。このとき、ドライバーが目的地迄の進路を確認しやすいように、ジャイロ１０８や方位センサ１０７で検出された車両の進行方位等も併せて表示する。
【００２３】
また、ドライバが入力装置で所望の目的地迄の誘導を指示すると、コマンド解析部３００における解析結果に応じて、経路誘導部３０８は、経路記憶部３１０が記憶する経路情報の内から、ドライバ所望の目的地迄の最適経路を表す経路情報を検索する。ここでいう最適経路とは、例えば、費用や所要時間を加味した最短経路等のことであり、本実施の形態では、受信装置１１０で受信した道路交通情報等と、各経路情報から算出される車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）と目的地迄の距離とに基づいて決定した経路のことである。そして、表示処理部３０２は、経路誘導部３０８が検索した経路情報に基づいて、立体地図上において、車両の走行位置からドライバ所望の目的地迄の最適経路を軌跡マーク等を用いて表示したり、車両の進行すべき方向を表すアイコン等を表示する。尚、必要であれば、ドライバ所望の目的地迄の最適経路を表す経路情報を、ドライバーが認識可能な音声データに変換してから、音声入出力装置１０４で出力するようにしても構わない。
【００２４】
次に、図７に示した表示処理部３０２の機能構成に対応付けながら、本実施の形態に係る立体地図作成処理を図４を用いて説明する。但し、ここでは、コマンド解析部３００における解析結果に応じて、既に、データ読込部３０９が、ドライバの指定する領域に対応する地図情報及び属性情報をデータベースから取り出しているものとする。
【００２５】
ステップ４００において、データ読込部３０９によってデータベースから取り出された地図情報に含まれる標高データに基づいて、地形の３次元モデルを既定の縮尺で生成する。
【００２６】
次いで、ステップ４０１において、高さ情報判定部７００は、データ読込部３０９が地図情報と共に取り出した属性情報を参照し、ある地図要素の形状データのデータ構造（即ち、高さ情報の有無）を識別する。このとき、高さ情報判定部７００が形状データにおける高さ情報の設定を確認した場合には、ステップ４０３において、三次元形状生成部７０１が、属性情報に登録された形状データが表す３次元形状の３次元モデルを既定の縮尺で作成し、高さ情報判定部７００が形状データにおける高さ情報の未設定を確認した場合には、ステップ４０４において、二次元形状生成部７０２が、属性情報に登録された形状データが表す２次元形状と、地図情報に含まれる標高データから算出される当該地図情報の高さ情報とに基づいて３次元モデルを既定の縮尺で作成する。尚、属性情報に登録された他の地図要素についてもステップ４０１からの一連の処理を同様に実行し、最終的には、地図に含まれる全地図要素のモデルを作成する。
【００２７】
そして、ステップ４０５において、三次元形状生成部７０１または二次元形状生成部７０２が、全地図要素の３次元モデルの作成終了を判定したら、ステップ４０６において、合成部７０３は、以上の処理によって作成した地形の３次元モデルと全地図要素のモデルとを所定の３次元座標空間に配置する。その後、座標変換部７０４は、所定の視点位置からの透視投影図を作成し、更に、３次元物体の投影処理等において一般に行われる隠線消去等の画像処理を透視投影図に施した後、ステップ４０７において、これを立体地図としてディスプレイ１０２上に表示する。このような立体地図作成によって作成された立体地図においては、図５に示すように、標高データから作成された山岳５０１及び海５０３の画像や、高さ情報を含む形状データから作成された構造物５０２等の画像は、それぞれ個別に、立体的に表示されることになり、高さ情報を含まない形状データと標高データとからに基づいて作成した道路５０４は、地形に沿って表示されることになる。
【００２８】
さて、図５から判断されるように、道路は、実際の状況とは多少相違していても、地形の起伏に沿って表示されいれば、ドライバーの道路状況の認識に殆ど影響を与えない。従って、道路に関しては、属性情報に、高さ情報を含まない形状データが登録される可能性が高い。しかし、図４の立体地図作成処理のように、形状データに含まれていなかった高さ情報を標高データで補って３次元モデルを作成すると、道路に関しては、以下に示すような不都合が生じる場合がある。即ち、図６に示すように、峡谷６００等に渡されている高架道６０１等が、現実とはかけ離れた、峡谷に沿った道路６０２として表示される可能性がある。従って、このような不都合が生じないように、本実施例では、道路については、図８に示すようなモデル生成処理によって３次元モデルを作成することにする。
【００２９】
まず、勾配検出部７０５は、ステップ８００において、図６に示すように道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間に、適当な間隔毎に分割点Ｎ１，．．，Ｎｎを設定しする。尚、分割点Ｎ１，．．，Ｎｎとして、地図情報に含まれている道路データのノードや、道路描画に使用するためにノード間に設定された補間点等を使用しても構わない。その後、勾配検出部７０５は、ステップ８０１において、各分割点Ｎ１，．．，Ｎｎにおける勾配ｍ（即ち、連続する分割点Ｎｋ，Ｎｋ＋１間の標高差Ｄ）を算出し、更に、ステップ８０２において、道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間の地形変化を検出する。即ち、標高データが急激に変動する区間（即ち、勾配ｍが急激に所定の値ｈ以上減少し、再度、急激に所定の値ｈ以上増加する区間）を渓谷区域と判定し、それ以外の区間を一般道区域と判定する。尚、ここでいう所定の値ｈとは、急勾配を判定するための基準となる値であり、本実施の形態では、道路測量等の結果に基づいて適当に定めた値を使用している。その後、ステップ８０３において、高さ情報設定部７０６は、勾配検出部７０５により一般道区域と判定された区間に含まれる各分割点の高さ情報として、各分割点における実際の標高データを設定し、勾配検出部７０５により渓谷区域と判定された区間に含まれる各分割点の高さ情報としては、渓谷区域の始点である分割点Ｎｋにおける標高データを設定する。このとき、渓谷区域から一般道区域への境界にある分割点Ｎｍ，Ｎｍ＋１において不連続な高さ情報が設定されている可能が高いので、渓谷区域の高さ情報が滑らかに変化するように、スプライン関数等を用いて、渓谷区域の全分割点Ｎｋ，．．．Ｎｍ＋１の高さ情報を補間することが望ましい。
【００３０】
以上の処理を終了し、道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間の全分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報を設定したら、ステップ８０４において、三次元合成部７０３は、高さ情報設定部７０６が設定した全分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報と、属性情報に登録された道路の形状データとを用いて道路の３次元モデルを既定の縮尺で作成する。
【００３１】
このようなモデル生成処理によって道路の３次元モデルを作成すれば、図４のステップ４０７において、ディスプレイ１０２上に表示される立体地図には、図６に示すように、峡谷６００に渡されている高架道６０１の画像が表示される。また、図９に示すように、ステップ８０４においては、一般道路区域の分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報と、属性情報に登録された道路の形状データとを用いて一般道路区域の道路の３次元モデルだけを作成するようにし、別途ステップ９００において、峡谷区域の分割点Ｎｋ，．．．Ｎｍ＋１の高さ情報と、属性情報に登録された適当な地図要素（例えば、高架橋等）の形状データとを用いて地図要素の３次元モデルを既定の縮尺で作成するようにすれば、図１０に示すように、ディスプレイ１０２上に表示される立体地図に、峡谷６００に渡されている高架道等の画像１０００を表示させることもできる。
【００３２】
ところで、道路以外の地図要素に関しては、属性情報に高さ情報を含まない形状データが登録されていても、単に地図情報に含まれる標高データによって高さ情報を補ってしまうと不都合を生じる可能性が高い。例えば、ビル等の建造物が地形に貼り付くように表示された、不自然な立体地図が作成される場合がある。そこで、地図要素の属性毎に当該地図要素の高さ情報のデフォルト値をデータベースに登録し、且つ、図１１に示すように、図４の立体地図作成処理に新たにステップ１１００の処理とステップ１１０１の処理とを組み入れれば、こうした不都合を解消することができる。即ち、ステップ１１００において、ステップ４０１で高さ情報の未設定が確認された地図要素が属する属性の高さ情報のデフォルト値を検索し、ステップ１１００でデフォルト値が取り出された場合には、ステップ１１０１において、当該地図要素の高さ情報として、データベースに登録されたデフォルト値を設定する。その結果、属性情報に高さ情報が未設定の地図要素の内で、高さ情報のデフォルト値が登録されていない属性に属する地図要素の３次元モデルは、ステップ４０４において、二次元形状生成部７０２によって、属性情報に登録された形状データが表す２次元形状と、地図情報に含まれる標高データから算出される当該地図情報の高さ情報とに基づいて作成されることになり、高さ情報のデフォルト値が登録されている属性に属する地図要素の３次元モデルは、ステップ４０３において、三次元形状生成部７０１により、属性情報に登録された形状データと、ステップ１１００で設定した高さ情報とに基づいて作成されることになる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係るナビゲーション装置は、各地図要素の形状データに適当な高さ情報を付加することができるので、データベースに必ずしも全ての地図要素の高さ情報が登録されているとは限らない場合であっても、違和感のない立体地図を表示することができる。つまり、全地図要素についての高さ情報の登録を前提していないので、既存の地図情報システムのデータベースや、将来的に提供される各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用できる可能性が大きい。
【００３４】
以上で、本実施の形態に係る立体地図作成処理の説明を終り、以下、図１２により、演算処理装置のデータベース更新部が行うデータベースの更新処理について説明する。尚、ここで説明するデータベースの更新処理は、車両の走行中、適当なタイミング毎に実行される処理である。
【００３５】
まず、ステップ１２００において、前述の軌跡記憶部３０４に記憶された車両の走行位置を獲得し、ステップ１２０１において、地図情報に含まれる道路データによって、車両の走行位置のノードに対応つけられた高さ情報を取り出す。そして、ステップ１２０２において、勾配センサ１１２で検出された車両の走行位置における勾配と、地図情報に含まれる標高データから算出した車両の走行位置の勾配とを比較し、両者の差分が所定の値を超えている場合には、ステップ１２０３において、勾配センサ１１２で検出された車両の走行位置における勾配を用いて、車両の走行位置のノードに連結されたノードに対応つけられた標高データを補正する。
【００３６】
このように、車両の走行中、逐次、データベースに登録された地図情報に含まれる道路データが実際の道路状況に合わせて自動的に更新されるので、常に、現在の交通環境に合った立体地図を表示することができる。つまり、本実施の形態に係るナビゲーション装置によれば、道路整備等により交通環境が変化していても、常に、ドライバに、現在の交通環境に合った最新の交通情報を提供することができる。
【００３７】
ところで、ドライバが比較的広範囲に渡る道路情報を要求している場合等には、座標変換部７０４が用いる視点位置を適当な高度に設定することにより、適当な高度の位置から展望した立体地図を表示させる必要がある。このような場合には、図１３に示すように、規模の小さい建造物等の地図要素を２次元表示し、規模の大きな地形等だけを三次元表示した方が、ドライバには、返って自然な印象を与える（以下、このような画像を、疑似三次元画像と呼ぶ）。このような機能を実現するためには、図１４に示すように、ドライバから視点位置の変更を指示された場合に、ステップ１４００において、ドライバから指示された視点位置の高度と所定値とを比較して、ドライバから指示された視点位置の高度が所定値以下である場合には、図４を用いて説明した立体地図生成処理と同様な処理を続行することにし、ドライバから指示された視点位置の高度が所定値を超えている場合には、ステップ４０４において、高さ情報の有無に関わらず、二次元形状生成部７０２が、属性情報に登録された各地図要素の形状データに基づいて、全地図要素の２次元モデルを作成するようにすればよい。
【００３８】
このようにすれば、ドライバは、必要に応じて、図１５に示すような通常の立体地図を表示させたり、図１３に示すような疑似三次元画像の立体地図を表示させたり、立体地図の表示状態を自在に切り替えることができるようになる。尚、ドライバが必要とする道路情報を強調するために、ドライバにより指定された特定の地図要素のみを三次元表示する機能を付加しても構わない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る画像表示装置によれば、各地図要素の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる。つまり、各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用することができると思われる。
【００４０】
また、こうした画像表示装置に交通環境の変化に応じて自動的にデータベースを更新する機能を付加すれば、現在の交通環境に合った最新の立体地図の表示が可能となる。
【００４１】
つまり、こうした画像表示装置をナビゲーションシステムに導入すれば、データベースのメンテナンスを一切行うことなく、ドライバに最新の道路情報を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るナビゲーション装置の構成を示した図である。
【図２】図１の演算処理部のハードウエア構成を示した図である。
【図３】図１の演算処理部のソフトウエア構成を示した図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る立体地図作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】図４の立体地図作成処理により作成した立体地図の一例である。
【図６】渓谷に渡された高架道の３次元モデルの作成する際のモデル作成処理を説明するための図である。
【図７】図３の表示処理部の機能構成を示した図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係るモデル作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】本発明の実施の一形態に係るモデル作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１０】図９のモデル作成処理により作成した、渓谷に渡された高架道の３次元モデルである。
【図１１】本発明の実施の一形態に係る立体地図作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の一形態に係るデータベース更新処理の流れを示したフローチャートである。
【図１３】疑似三次元表示の立体地図の一例である。
【図１４】通常の立体地図の一例である。
【図１５】立体地図の表示状態を切り換える処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…演算処理部
１０２…ディスプレイ
１０３…記憶装置
１０４…音声入出力装置
１０５…入力装置
１０６…車速センサ
１０７…方位センサ
１０８…ジャイロ
１０９…ＧＰＳ受信装置
１１０…受信装置
１１１…ＬＡＮ装置
１１２…勾配センサ
１２０１…ＣＰＵ
１２０２…ＤＭＡ
１２０３…ＲＯＭ
１２０４…ＲＡＭ
１２０５…描画コントローラ
１２０６…ＶＲＡＭ
１２０７…カラーパレット
１２０８…Ａ／Ｄ変換器
１２０９…ＳＣＩ
１２１０…ＰＩＯ
１２１１…カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、地図情報処理システムに係り、特に、ドライバーに違和感を与えない立体的な地図を表示することができるナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市開発や土地管理等に利用される地図情報システムにおいては、データベースに登録された地図情報（地形の標高データ等）と属性情報（各地図要素（建造物や道路等）毎に、形状データや名称等を含むデータが登録された情報）と等に基づいて、建造物等と背景との整合の取れた三次元画像（以下、景観画像と呼ぶ）を再現することが要求されている。そこで、こうした要求に対応するための方法として、以下に説明する特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式等が提案されている。
【０００３】
特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式は、地図情報に基づいて作成した地形の３次元画像と、属性情報に基づいて作成した各地図要素の３次元画像とを合成することによって、より自然な景観画像を作成する方法である。本方法によれば、地図を一見しただけでは把握しにくい地上付近から眺めた景観等を、よりリアルに表示することができる。即ち、本方法をナビゲーションシステムに適用すれば、ドライバーは、ディスプレイ等に表示された立体地図から、実際の車両の走行位置の周辺の状況を違和感なく把握することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上記特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式においては、全地図要素についての高さ情報がデータベースに登録されていることが前提とされている。従って、既存の地図情報システムのデータベースや、将来的に提供される各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用できる可能性は少ない。
【０００５】
また、上記特開昭６２−２７４４６９号公報記載の景観画像合成処理方式においては、道路整備等による交通環境が変化してもデータベースは更新されない。従って、本方法を適用したナビゲーションシステムにおいては、人為的にデータベースの更新が定期的に行われない限り、過去の或る時点における地図情報がデータベースに登録されているので、現在の交通環境に合った立体地図が表示されない。つまり、最新の交通情報をドライバに提供するために、定期的なデータベースのメンテナンスが必要とされる。
【０００６】
そこで、本発明は、各地図要素の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる画像表示装置を提供し、各種の地図情報システムのデータベースを効率的に利用することを目的とする。また、こうした画像表示装置を利用したナビゲーションシステムにおいて、現在の交通環境に合った最新の立体地図表示を可能とすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様に係るナビゲーションシステムは、
地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図の画像を表示するナビゲーションシステムであって、
地表面の標高データを含み、当該地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上に位置している地図要素の高さ情報を含む、当該地図要素の三次元形状を表す立体データと、前記地図要素とは異なる地図要素の二次元形状を表す平面データと、を記憶した前記地図情報と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
地図要素が高さ情報を有するか否かを識別する高さ情報識別手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有しないとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、当該地図要素の平面データと前記標高データとに基づき生成する二次元モデル生成手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有するとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、高さ情報を含む、当該地図要素の立体データに基づき生成する三次元モデル生成手段と、
前記二次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルと、前記三次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルとを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記各地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に透視変換した投影図を作成する投影手段と、
前記地図の画像に、車両の現在位置から、指定された目的地に至る経路を表示する経路誘導手段と、
前記車両の現在位置に基づいて、前記経路上に、前記車両の走行位置を表すアイコンを表示するアイコン表示手段と、
を備える。
【０００８】
したがって、本発明に係るナビゲーションシステムによれば、地図情報中に、構造物の二次元形状を表す形状データと、構造物の三次元形状を表す形状データとが混在していても、即ち、各構造物の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる。従って、各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用することが可能となると思われる。また、こうしたナビゲーションシステムを車両に搭載し、車両の走行路の勾配に応じて、地図情報に含まれる地形の形状データを適宜補正するようにすれば、現在の交通環境に合った最新の立体地図表示が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態をナビゲーション装置に適用した場合について説明する。
【００１０】
最初に、図１により、本実施の形態に係るナビゲーション装置の基本構成について説明する。
【００１１】
本ナビゲーション装置は、地図情報（地形の標高データ等）と属性情報（各地図要素の形状を表す形状データ等）とを登録したデータベースが格納された記憶装置１０３（ＣＤ−ＲＯＭ、ＩＣカード等）と、記憶装置１０３に格納された地図情報等から作成される立体地図等をグラフィック表示するディスプレイ１０２（ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等）と、音声データの入出力を行う音声入出力装置１０４と、ドライバからの入力を受け付ける入力装置（ジョイスティックやスクロールキー等のハードスイッチ、ディスプレイ１０２上に表示されたタッチパネル等）１０５と、本ナビゲーション装置全体を制御する演算処理部１０１と、人工衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置１０９と、路上のビーコンから発信される道路交通情報（工事による通行止め等の交通規制に関する情報や、駐車場に関する情報等）やＦＭ多重放送を受信する受信装置１１０と、車両に搭載されたＥＣＵとの間の情報転送（ドアの開閉状態、各ライトの点灯状態、エンジンの状態等に関する情報の転送）を制御するＬＡＮ装置１１１と、演算処理部１０１において実行される車両の走行位置の検出処理等に使用されるパラメータを得るための各種センサ１０６，１０７，１０８，１１２とを備える。尚、ここでいう各種センサとは、通常の車両に一般的に搭載されているセンサであり、具体的には、所定の方位（例えば、東）を基準とする車両の進行方位を地磁気を利用して検出する方位センサ１０７や、所定の方位（例えば、東等）を基準とする車両の回転角を検出するジャイロ１０８（光ジャイロ、振動ジャイロ等）や、車両の旋回の検出等に利用される左右輪の回転数の差分から車両が曲がった角度を測定する車輪速センサ１０６や、車両の走行路の勾配を検出する勾配センサ１１２等がこれに当たる。尚、演算処理装置１０１からディスプレイ１０２に伝送される映像信号Ｓ１には、一般に、ＲＧＢ信号を線形変換して作成したＮＴＳＣ信号（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）が採用されている。
【００１２】
さて、図１の演算処理装置１０１は、図２に示すように、各種コマンド処理等を格納したＲＯＭ１２０３と、各種演算処理を定義したプログラム等を格納したＲＡＭ１２０４と、ＲＡＭ１２０４に記憶されたプログラムに従って各種演算処理等を実行するＣＰＵ１２０１と、各デバイスとＲＡＭ１２０２との間のデータ転送の高速化を実現するＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ）１２０２と、ベクトルデータから画素データへの変換処理と図形要素の描画処理等を実行する描画コントローラ１２０５と、各画素の色彩を記憶したＶＲＡＭ１２０６と、ＶＲＡＭ１２０６に記憶された各画素の色彩をＲＧＢ信号に変換してディスプレイ１０２に転送するカラーパレット１２０７と、各種センサ１０６，１０７，１０８からの出力信号等をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器１２０８と、シリアル信号をパラレル信号に変換するＳＣＩ１２０９と、各デバイス間を接続したバスにパラレル信号をのせるＰＩＯ１２１０と、パルス信号を積分するカウンタ１２１１とを備える。
【００１３】
更に、こうした演算処理部１０１の機能的構成を説明すると、以下のようになる。即ち、図１の演算処理部１０１は、図３に示すように、記憶装置１０３に格納されたデータベースから地図情報等を取り出すデータ読込部３０９と、ドライバが入力したコマンド等を解析するコマンド解析部３００と、ＧＰＳ受信装置１０９が受信したＧＰＳ信号Ｓ８等を用いて車両の走行位置を逐次算出する位置算出部３０１と、車輪速センサ１０６からの出力信号Ｓ５とジャイロ１０８からの出力信号Ｓ７とを用いて位置算出部３０１が算出した車両の走行位置を補正するマップマッチ処理を実行するマップマッチ処理部３０３と、マップマッチ処理部３０３で補正された車両の走行位置を適当なタイミングで記憶する軌跡記憶部３０４と、データ読込部３０９が取り出した地図情報に含まれる道路データ（ノード間を連結したリンクの集合データ）から２地点間を結ぶ経路をダイクストラ法等を用いて検索する経路計算部３０５と、経路計算部３０５の検索により得られた経路情報を記憶する経路記憶部３１０と、データ読込部３０９が取り出した地図情報等を用いて後述の立体地図作成処理を実行して立体地図を作成する処理等を行う表示処理部３０２と、ディスプレイ１０２上にタッチパネル等を表示するメニュー表示部３０７と、経路記憶部３１０が記憶する経路情報の内から任意の経路情報を検索する経路誘導部３０８、勾配センサ１１２の出力を用いて後述のデータベースの更新処理を行うデータベース更新部（不図示）とを備える。
【００１４】
以上で、本実施の形態に係るナビゲーション装置の基本構成についての説明を終り、以下、図３に示した演算処理部１０１の各ブロックで実行される各種の処理について順番に説明してゆく。
【００１５】
まず、通常のナビゲーション装置としての基本的機能を実現するための処理の概略について説明する。但し、ここでは、ディスプレイ１０２上には、既に、表示処理部３０２が作成した適当な立体地図が表示されていることとする。
【００１６】
位置算出部３０１は、通常、ＧＰＳ受信装置１０９が受信した３つ以上の人工衛星からのＧＰＳ信号Ｓ８を用いて車両の走行位置（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）を逐次算出する。ところが、ＧＰＳ信号Ｓ８を受信できないトンネル内やビル影等にさしかかると、位置算出部３０１は、車輪速センサ１０６からの出力信号Ｓ５とジャイロ１０８からの出力信号Ｓ７と方位センサ１０７からの出力信号Ｓ６と、勾配センサ１１２からの出力信号Ｓ１１と、次式とを用いて車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）を逐次算出する。
【００１７】
【数１】
【数２】
【数３】
ここで、θは、ジャイロ１０８及び方位センサ１０７で検出された車両の進行方位であり、Ｒは、勾配センサ１１２で検出された車両の傾斜角であり、ΔＬ１は、車輪速センサ１０６で検出された車輪速度の積分値から求めた車両の進行距離である。また、（ｘ０，ｙ０，ｚ０）は、前回算出した車両の走行位置の座標である。
【００２１】
その後、マップマッチ処理部３０３は、位置算出部３０１で算出された車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）に含まれる誤差（各種センサの出力誤差に起因する誤差）を除去するために、マップマッチ処理を実行する。即ち、データ読込部３０９が取り出した地図情報に含まれる道路データから認識される道路と、位置算出部３０１が算出した車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）との比較によって車両の走行路を認識し、更に、走行路と車両の走行位置との整合がとれるように、車両の走行路の位置を基準として車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）を補正する。
【００２２】
このようにして最終的に車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）が定まったら、表示処理部３０２は、ディスプレイ１０２に表示されている立体地図上の、車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）に相当する位置にアイコン等を更新表示する。このとき、ドライバーが目的地迄の進路を確認しやすいように、ジャイロ１０８や方位センサ１０７で検出された車両の進行方位等も併せて表示する。
【００２３】
また、ドライバが入力装置で所望の目的地迄の誘導を指示すると、コマンド解析部３００における解析結果に応じて、経路誘導部３０８は、経路記憶部３１０が記憶する経路情報の内から、ドライバ所望の目的地迄の最適経路を表す経路情報を検索する。ここでいう最適経路とは、例えば、費用や所要時間を加味した最短経路等のことであり、本実施の形態では、受信装置１１０で受信した道路交通情報等と、各経路情報から算出される車両の走行位置（ｘ，ｙ，ｚ）と目的地迄の距離とに基づいて決定した経路のことである。そして、表示処理部３０２は、経路誘導部３０８が検索した経路情報に基づいて、立体地図上において、車両の走行位置からドライバ所望の目的地迄の最適経路を軌跡マーク等を用いて表示したり、車両の進行すべき方向を表すアイコン等を表示する。尚、必要であれば、ドライバ所望の目的地迄の最適経路を表す経路情報を、ドライバーが認識可能な音声データに変換してから、音声入出力装置１０４で出力するようにしても構わない。
【００２４】
次に、図７に示した表示処理部３０２の機能構成に対応付けながら、本実施の形態に係る立体地図作成処理を図４を用いて説明する。但し、ここでは、コマンド解析部３００における解析結果に応じて、既に、データ読込部３０９が、ドライバの指定する領域に対応する地図情報及び属性情報をデータベースから取り出しているものとする。
【００２５】
ステップ４００において、データ読込部３０９によってデータベースから取り出された地図情報に含まれる標高データに基づいて、地形の３次元モデルを既定の縮尺で生成する。
【００２６】
次いで、ステップ４０１において、高さ情報判定部７００は、データ読込部３０９が地図情報と共に取り出した属性情報を参照し、ある地図要素の形状データのデータ構造（即ち、高さ情報の有無）を識別する。このとき、高さ情報判定部７００が形状データにおける高さ情報の設定を確認した場合には、ステップ４０３において、三次元形状生成部７０１が、属性情報に登録された形状データが表す３次元形状の３次元モデルを既定の縮尺で作成し、高さ情報判定部７００が形状データにおける高さ情報の未設定を確認した場合には、ステップ４０４において、二次元形状生成部７０２が、属性情報に登録された形状データが表す２次元形状と、地図情報に含まれる標高データから算出される当該地図情報の高さ情報とに基づいて３次元モデルを既定の縮尺で作成する。尚、属性情報に登録された他の地図要素についてもステップ４０１からの一連の処理を同様に実行し、最終的には、地図に含まれる全地図要素のモデルを作成する。
【００２７】
そして、ステップ４０５において、三次元形状生成部７０１または二次元形状生成部７０２が、全地図要素の３次元モデルの作成終了を判定したら、ステップ４０６において、合成部７０３は、以上の処理によって作成した地形の３次元モデルと全地図要素のモデルとを所定の３次元座標空間に配置する。その後、座標変換部７０４は、所定の視点位置からの透視投影図を作成し、更に、３次元物体の投影処理等において一般に行われる隠線消去等の画像処理を透視投影図に施した後、ステップ４０７において、これを立体地図としてディスプレイ１０２上に表示する。このような立体地図作成によって作成された立体地図においては、図５に示すように、標高データから作成された山岳５０１及び海５０３の画像や、高さ情報を含む形状データから作成された構造物５０２等の画像は、それぞれ個別に、立体的に表示されることになり、高さ情報を含まない形状データと標高データとからに基づいて作成した道路５０４は、地形に沿って表示されることになる。
【００２８】
さて、図５から判断されるように、道路は、実際の状況とは多少相違していても、地形の起伏に沿って表示されいれば、ドライバーの道路状況の認識に殆ど影響を与えない。従って、道路に関しては、属性情報に、高さ情報を含まない形状データが登録される可能性が高い。しかし、図４の立体地図作成処理のように、形状データに含まれていなかった高さ情報を標高データで補って３次元モデルを作成すると、道路に関しては、以下に示すような不都合が生じる場合がある。即ち、図６に示すように、峡谷６００等に渡されている高架道６０１等が、現実とはかけ離れた、峡谷に沿った道路６０２として表示される可能性がある。従って、このような不都合が生じないように、本実施例では、道路については、図８に示すようなモデル生成処理によって３次元モデルを作成することにする。
【００２９】
まず、勾配検出部７０５は、ステップ８００において、図６に示すように道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間に、適当な間隔毎に分割点Ｎ１，．．，Ｎｎを設定しする。尚、分割点Ｎ１，．．，Ｎｎとして、地図情報に含まれている道路データのノードや、道路描画に使用するためにノード間に設定された補間点等を使用しても構わない。その後、勾配検出部７０５は、ステップ８０１において、各分割点Ｎ１，．．，Ｎｎにおける勾配ｍ（即ち、連続する分割点Ｎｋ，Ｎｋ＋１間の標高差Ｄ）を算出し、更に、ステップ８０２において、道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間の地形変化を検出する。即ち、標高データが急激に変動する区間（即ち、勾配ｍが急激に所定の値ｈ以上減少し、再度、急激に所定の値ｈ以上増加する区間）を渓谷区域と判定し、それ以外の区間を一般道区域と判定する。尚、ここでいう所定の値ｈとは、急勾配を判定するための基準となる値であり、本実施の形態では、道路測量等の結果に基づいて適当に定めた値を使用している。その後、ステップ８０３において、高さ情報設定部７０６は、勾配検出部７０５により一般道区域と判定された区間に含まれる各分割点の高さ情報として、各分割点における実際の標高データを設定し、勾配検出部７０５により渓谷区域と判定された区間に含まれる各分割点の高さ情報としては、渓谷区域の始点である分割点Ｎｋにおける標高データを設定する。このとき、渓谷区域から一般道区域への境界にある分割点Ｎｍ，Ｎｍ＋１において不連続な高さ情報が設定されている可能が高いので、渓谷区域の高さ情報が滑らかに変化するように、スプライン関数等を用いて、渓谷区域の全分割点Ｎｋ，．．．Ｎｍ＋１の高さ情報を補間することが望ましい。
【００３０】
以上の処理を終了し、道路の始点Ｎ１と終点Ｎｎとの間の全分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報を設定したら、ステップ８０４において、三次元合成部７０３は、高さ情報設定部７０６が設定した全分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報と、属性情報に登録された道路の形状データとを用いて道路の３次元モデルを既定の縮尺で作成する。
【００３１】
このようなモデル生成処理によって道路の３次元モデルを作成すれば、図４のステップ４０７において、ディスプレイ１０２上に表示される立体地図には、図６に示すように、峡谷６００に渡されている高架道６０１の画像が表示される。また、図９に示すように、ステップ８０４においては、一般道路区域の分割点Ｎ１，．．，Ｎｎの高さ情報と、属性情報に登録された道路の形状データとを用いて一般道路区域の道路の３次元モデルだけを作成するようにし、別途ステップ９００において、峡谷区域の分割点Ｎｋ，．．．Ｎｍ＋１の高さ情報と、属性情報に登録された適当な地図要素（例えば、高架橋等）の形状データとを用いて地図要素の３次元モデルを既定の縮尺で作成するようにすれば、図１０に示すように、ディスプレイ１０２上に表示される立体地図に、峡谷６００に渡されている高架道等の画像１０００を表示させることもできる。
【００３２】
ところで、道路以外の地図要素に関しては、属性情報に高さ情報を含まない形状データが登録されていても、単に地図情報に含まれる標高データによって高さ情報を補ってしまうと不都合を生じる可能性が高い。例えば、ビル等の建造物が地形に貼り付くように表示された、不自然な立体地図が作成される場合がある。そこで、地図要素の属性毎に当該地図要素の高さ情報のデフォルト値をデータベースに登録し、且つ、図１１に示すように、図４の立体地図作成処理に新たにステップ１１００の処理とステップ１１０１の処理とを組み入れれば、こうした不都合を解消することができる。即ち、ステップ１１００において、ステップ４０１で高さ情報の未設定が確認された地図要素が属する属性の高さ情報のデフォルト値を検索し、ステップ１１００でデフォルト値が取り出された場合には、ステップ１１０１において、当該地図要素の高さ情報として、データベースに登録されたデフォルト値を設定する。その結果、属性情報に高さ情報が未設定の地図要素の内で、高さ情報のデフォルト値が登録されていない属性に属する地図要素の３次元モデルは、ステップ４０４において、二次元形状生成部７０２によって、属性情報に登録された形状データが表す２次元形状と、地図情報に含まれる標高データから算出される当該地図情報の高さ情報とに基づいて作成されることになり、高さ情報のデフォルト値が登録されている属性に属する地図要素の３次元モデルは、ステップ４０３において、三次元形状生成部７０１により、属性情報に登録された形状データと、ステップ１１００で設定した高さ情報とに基づいて作成されることになる。
【００３３】
このように、本実施の形態に係るナビゲーション装置は、各地図要素の形状データに適当な高さ情報を付加することができるので、データベースに必ずしも全ての地図要素の高さ情報が登録されているとは限らない場合であっても、違和感のない立体地図を表示することができる。つまり、全地図要素についての高さ情報の登録を前提していないので、既存の地図情報システムのデータベースや、将来的に提供される各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用できる可能性が大きい。
【００３４】
以上で、本実施の形態に係る立体地図作成処理の説明を終り、以下、図１２により、演算処理装置のデータベース更新部が行うデータベースの更新処理について説明する。尚、ここで説明するデータベースの更新処理は、車両の走行中、適当なタイミング毎に実行される処理である。
【００３５】
まず、ステップ１２００において、前述の軌跡記憶部３０４に記憶された車両の走行位置を獲得し、ステップ１２０１において、地図情報に含まれる道路データによって、車両の走行位置のノードに対応つけられた高さ情報を取り出す。そして、ステップ１２０２において、勾配センサ１１２で検出された車両の走行位置における勾配と、地図情報に含まれる標高データから算出した車両の走行位置の勾配とを比較し、両者の差分が所定の値を超えている場合には、ステップ１２０３において、勾配センサ１１２で検出された車両の走行位置における勾配を用いて、車両の走行位置のノードに連結されたノードに対応つけられた標高データを補正する。
【００３６】
このように、車両の走行中、逐次、データベースに登録された地図情報に含まれる道路データが実際の道路状況に合わせて自動的に更新されるので、常に、現在の交通環境に合った立体地図を表示することができる。つまり、本実施の形態に係るナビゲーション装置によれば、道路整備等により交通環境が変化していても、常に、ドライバに、現在の交通環境に合った最新の交通情報を提供することができる。
【００３７】
ところで、ドライバが比較的広範囲に渡る道路情報を要求している場合等には、座標変換部７０４が用いる視点位置を適当な高度に設定することにより、適当な高度の位置から展望した立体地図を表示させる必要がある。このような場合には、図１３に示すように、規模の小さい建造物等の地図要素を２次元表示し、規模の大きな地形等だけを三次元表示した方が、ドライバには、返って自然な印象を与える（以下、このような画像を、疑似三次元画像と呼ぶ）。このような機能を実現するためには、図１４に示すように、ドライバから視点位置の変更を指示された場合に、ステップ１４００において、ドライバから指示された視点位置の高度と所定値とを比較して、ドライバから指示された視点位置の高度が所定値以下である場合には、図４を用いて説明した立体地図生成処理と同様な処理を続行することにし、ドライバから指示された視点位置の高度が所定値を超えている場合には、ステップ４０４において、高さ情報の有無に関わらず、二次元形状生成部７０２が、属性情報に登録された各地図要素の形状データに基づいて、全地図要素の２次元モデルを作成するようにすればよい。
【００３８】
このようにすれば、ドライバは、必要に応じて、図１５に示すような通常の立体地図を表示させたり、図１３に示すような疑似三次元画像の立体地図を表示させたり、立体地図の表示状態を自在に切り替えることができるようになる。尚、ドライバが必要とする道路情報を強調するために、ドライバにより指定された特定の地図要素のみを三次元表示する機能を付加しても構わない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る画像表示装置によれば、各地図要素の高さ情報の有無に依らず、違和感のない立体地図を表示することができる。つまり、各種の地図情報システムのデータベースをそのまま利用することができると思われる。
【００４０】
また、こうした画像表示装置に交通環境の変化に応じて自動的にデータベースを更新する機能を付加すれば、現在の交通環境に合った最新の立体地図の表示が可能となる。
【００４１】
つまり、こうした画像表示装置をナビゲーションシステムに導入すれば、データベースのメンテナンスを一切行うことなく、ドライバに最新の道路情報を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るナビゲーション装置の構成を示した図である。
【図２】図１の演算処理部のハードウエア構成を示した図である。
【図３】図１の演算処理部のソフトウエア構成を示した図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る立体地図作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図５】図４の立体地図作成処理により作成した立体地図の一例である。
【図６】渓谷に渡された高架道の３次元モデルの作成する際のモデル作成処理を説明するための図である。
【図７】図３の表示処理部の機能構成を示した図である。
【図８】本発明の実施の一形態に係るモデル作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図９】本発明の実施の一形態に係るモデル作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１０】図９のモデル作成処理により作成した、渓谷に渡された高架道の３次元モデルである。
【図１１】本発明の実施の一形態に係る立体地図作成処理の流れを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の一形態に係るデータベース更新処理の流れを示したフローチャートである。
【図１３】疑似三次元表示の立体地図の一例である。
【図１４】通常の立体地図の一例である。
【図１５】立体地図の表示状態を切り換える処理の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…演算処理部
１０２…ディスプレイ
１０３…記憶装置
１０４…音声入出力装置
１０５…入力装置
１０６…車速センサ
１０７…方位センサ
１０８…ジャイロ
１０９…ＧＰＳ受信装置
１１０…受信装置
１１１…ＬＡＮ装置
１１２…勾配センサ
１２０１…ＣＰＵ
１２０２…ＤＭＡ
１２０３…ＲＯＭ
１２０４…ＲＡＭ
１２０５…描画コントローラ
１２０６…ＶＲＡＭ
１２０７…カラーパレット
１２０８…Ａ／Ｄ変換器
１２０９…ＳＣＩ
１２１０…ＰＩＯ
１２１１…カウンタ
Claims (8)
- 地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図の画像を表示するナビゲーションシステムであって、
地表面の標高データを含み、当該地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上に位置している地図要素の高さ情報を含む、当該地図要素の三次元形状を表す立体データと、前記地図要素とは異なる地図要素の二次元形状を表す平面データと、を記憶した前記地図情報と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
地図要素が高さ情報を有するか否かを識別する高さ情報識別手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有しないとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、当該地図要素の平面データと前記標高データとに基づき生成する二次元モデル生成手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有するとされた地図要素について、当該地図要素のモデルを、前記地図情報に記憶された、高さ情報を含む、当該地図要素の立体データに基づき生成する三次元モデル生成手段と、
前記二次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルと、前記三次元モデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルとを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記各地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に透視変換した投影図を作成する投影手段と、
前記地図の画像に、車両の現在位置から、指定された目的地に至る経路を表示する経路誘導手段と、
前記車両の現在位置に基づいて、前記経路上に、前記車両の走行位置を表すアイコンを表示するアイコン表示手段と、
を備えることを特徴とするナビゲーションシステム。 - 請求項１記載のナビゲーションシステムであって、
前記地図情報に記憶された平面データが二次元形状を表す地図要素の内の所定の地図要素が位置する地点における前記地表面の高度を検出し、当該所定の地図要素の高さとする検出手段を備え、
前記二次元モデル生成手段は、二次元形状の前記所定の地図要素のモデルに換えて、前記検出手段が検出した前記所定の地図要素の高さと、前記地図情報に記憶された前記所定の地図要素の二次元形状を表す平面データとにより表される三次元形状の前記所定の地図要素のモデルを生成することを特徴とするナビゲーションシステム。 - 請求項１記載のナビゲーションシステムであって、
前記視点位置を指示する指示を受け付ける受付手段と、
前記受付手段が受け付けた前記指示により指示される視点位置が所定の高度を超えた場合に、前記三次元モデル生成手段は、前記三次元形状の各地図要素のモデルに換えて、前記地図情報に記憶された各立体データに含まれる高さを無視して得られる二次元形状の前記各地図要素のモデルをそれぞれ生成することを特徴とするナビゲーションシステム。 - 請求項１記載のナビゲーションシステムであって、
地図要素の種類に応じて定めた区分毎に、当該区分に属する地図要素の三次元形状を共通に表す形状データを登録したデータベースと、
前記データベースを検索し、前記地図情報に記憶された平面データが二次元形状を表す地図要素が属する区分の形状データを取り出すデータ取得手段と、
を備え、
前記二次元モデル生成手段は、
前記地図情報に記憶された平面データが二次元形状を表す地図要素のうちの、前記データベースに形状データが登録された区分に属する地図要素のモデルに換えて、前記データ取得手段が前記データベースから取り出した形状データが表す三次元形状のモデルを任意の縮尺で作成することを特徴とするナビゲーションシステム。 - 地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図の画像を表示するナビゲーションシステムであって、
地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上の道路の経路を表す経路情報とを記憶した前記地図情報と、所定の地図要素の三次元形状を表す形状データが登録された記憶手段と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
前記記憶手段に記憶された前記形状データが表す三次元形状の前記地図要素のモデルを生成する地図要素モデル生成手段と、
前記地図情報に記憶された経路情報が表す道路の経路に沿って、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルの形状変化を検出する検出手段と、
前記検出手段が、前記地形モデルの形状変化として所定の傾斜以上に急峻な傾斜を持った凹部を検出した場合に、前記地形モデルの凹部に掛け渡されるように、前記地図要素モデル生成手段が生成した前記地図要素のモデルを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に投影した投影図を作成する投影手段と、
を備えることを特徴とするナビゲーションシステム。 - 地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図の画像を表示する画像表示装置であって、
地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上に位置している地図要素の高さ情報を含む、当該地図要素の三次元形状を表す立体データと、前記地図要素とは異なる地図要素の二次元形状を表す平面データとを記憶した前記地図情報と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
地図要素が高さ情報を有するか否かを識別する高さ情報識別手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有しないとされた地図要素について、当該地図要素の三次元形状のモデルを、前記地図情報に記憶された、当該地図要素の平面データ及び当該地図要素の属性について予め定められた高さ情報に基づき生成する第１のモデル生成手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有するとされた地図要素について、当該地図要素の三次元形状のモデルを、前記地図情報に記憶された、高さ情報を含む、当該地図要素の立体データに基づき生成する第２のモデル生成手段と、
前記第１のモデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルと前記第２のモデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルとを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記各地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に投影した投影図を作成する投影手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 - 地図情報に基づいて、当該地図情報が表す地図を三次元表示するナビゲーションシステムであって、
地表面の三次元形状を表す地形データと、当該地表面上に位置している地図要素の高さ情報を含む、当該地図要素の三次元形状を表す立体データと、前記地図要素とは異なる地図要素の二次元形状を表す平面データとを記憶した前記地図情報と、
前記地図情報に記憶された前記地形データに基づき表される三次元形状の地形モデルを生成する地形モデル生成手段と、
地図要素が高さ情報を有するか否かを識別する高さ情報識別手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有しないとされた地図要素について、当該地図要素の三次元形状のモデルを、前記地図情報に記憶された、当該地図要素の平面データ及び当該地図要素の属性について予め定められた高さ情報に基づき生成する第１のモデル生成手段と、
前記高さ情報識別手段により、高さ情報を有するとされた地図要素について、当該地図要素の三次元形状のモデルを、前記地図情報に記憶された、高さ情報を含む、当該地図要素の立体データに基づき生成する第２のモデル生成手段と、
前記第１のモデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルと前記第２のモデル生成手段が生成した前記各地図要素のモデルとを、前記地形モデル生成手段が生成した前記地形モデルに配置する合成手段と、
前記表示する地図の画像として、前記合成手段が前記各地図要素のモデルを配置した前記地形モデルを、任意の視点位置に対して定まる投影面に投影した投影図を作成する投影手段と、
前記地図の画像に、車両の現在位置から、指定された目的地に至る経路を表示する経路誘導手段と、
前記車両の現在位置に基づいて、前記経路上に、前記車両の走行位置を表すアイコンを表示するアイコン表示手段と、
を備えることを特徴とするナビゲーションシステム。 - 請求項７記載のナビゲーションシステムであって、
車両の走行路の勾配を検出する検出手段と、
前記地図情報が記憶する前記地形データに基づき表される地表面の三次元形状の勾配が、前記検出手段が検出した前記走行路の勾配に合致するように、前記地図情報が記憶する前記地形データを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とするナビゲーションシステム。
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