CN103630132B - 多层室内地图的翻页式动态显示方法 - Google Patents

多层室内地图的翻页式动态显示方法 Download PDF

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Abstract

多层室内电子地图的翻页式动态显示方法，是一种利用非线性纹理映射，将多楼层的地理信息以翻页的方式展示在同一个平面上的方法。该方法包括以下步骤：绘制各楼层地理信息数据的平面图；根据用户指定的视点和地理信息数据为每一层计算非线性的变换参数；根据该参数将每一层的平面图进行纹理映射，并逐一覆盖到屏幕画面上；根据用户输入的起始点和终止点信息，在地理信息数据中搜索最优路径；生成该最优路径的路线图；根据翻页式地图的前后遮挡关系，将生成的路径图合成到翻页式地图中，得到最终的导航路径地图。

Description

多层室内地图的翻页式动态显示方法
技术领域
本发明涉及一种多层室内地图的显示方法，特别是一种翻页式的动态室内地图显示方法。
背景技术
电子地图在城市规划、农林建设、交通运输等各行各业中发挥着至关重要的作用。随着个人计算机、移动设备的普及和GPS定位技术的发展，电子地图在人们日常生活中也盼着越来越重要的角色，比如出行旅游、汽车导航等。
在室外电子地图导航日趋成熟的今天，室内地图的发展逐步受到人们的重视。尤其是在机场、医院、购物商场、博物馆、展览馆等建筑体积大、人流密度高的大型室内环境中，精确、高效的室内地图显示方法可以提供路径导航、目标搜索、失物定位等服务。因此，包括 在内的在线地图公司都将室内地图视作电子导航的“最后一公里”，作为公司的重大战略来发展。
目前的室内地图的发展面临着三个挑战：数据的获得、精确的定位和合理的显示方法。其中，数据的获得和精确的定位技术已处于日渐发展的阶段，其主要的困难在于精度与成本之间的经济权衡。而室内地图的显示方法，因室内地图高度复杂的三维空间结构，已成为了室内导航面临的重大技术瓶颈。如果直接绘制室内结构的三维场景，高度的自遮挡将极大地阻碍内部结构的显示，特别是在屏幕大小受限的移动设备上。而如果将室外电子地图传统的单一平面显示方法简单推广到室内地图，用户不仅只能观察其指定的其中一层地图信息，且无法在相邻层之间动态切换，难以满足室内地图在同一画面中同时显示多楼层结构的需求。
发明内容
为克服现有多层室内地图的显示方法的不足，本发明提供了一种翻页式的多层室内地图动态显示方法，能够在有限的移动设备屏幕上同时显示多幅纵向关联的室内地图，具体技术路线图见附件。本发明能够很好地结合室内导航应用，且上下滑动式的视点切换方式有利于在移动设备上的推广使用。
该方法的具体步骤如下：
步骤1、绘制每一层室内地理信息数据的平面图；
步骤2、根据用户指定的视点和地理信息数据为每一层计算变换参数；
步骤3、根据变换参数将每一层的绘制结果进行纹理映射，并合成得到翻页式地图；
步骤4、根据用户输入的起始点和终止点信息，在地理信息数据中搜索最优路径；
步骤5、生成该最优路径的路线图；
步骤6、根据翻页式地图的前后遮挡关系，将生成的路径图合成到翻页式地图中，得到最终的导航路径地图。
进一步，所述步骤2中为每一层分别计算变换参数是本发明实现翻页式地图的关键环节，具体原理示意图见附件。记屏幕长宽分别为Ws和Hs，单层地图的长宽分别为WL和HL，中转轴宽度为Hg（本发明中取值30像素），室内地图的总共层数为NL，当前计算的层数为n（n=1,2,...,NL），用户指定的视点值为t（t∈[0,1]），上述步骤2包括以下主要具体步骤：
（2.1）对图像进行缩放，使其适用屏幕的大小，缩放尺度s为max(((HL+2Hg)/3+WL+30)/Ws,(HL+2Hg+30)/Hs)，新的单层图像长和宽用WL/s和HL/s代替；
（2.2）计算第n层的翻页角度An。首先，计算当前视点正对的楼层，即m=Integer((NL-1)*t)，Interger(x)表示取不超过x的最大整数；接着，计算该楼层的变换角度Am=90°-60°*((NL-1)*t-m)；然后，对n小于m的楼层的角度进行计算，An=Am/exp(3,m-n)，其中exp表示指数函数；其次，计算第m+1楼层的变换角度Am+1=90°+60°*(m+1-(NL-1))；最后，对n大于m+1的楼层的角度可计算，An=180°-(180°-Am+1)/exp(3,m-n)。
需要指出的是，1），Am+1-Am=60°，说明当前视点关注的两个相邻楼层之间始终能保持60度的夹角，保证了它们的清晰可见；2），当Am为90°时，Am-1和Am+1分别为30°和150°，都和Am相差60°，因此保证了在切换关注楼层时的平滑过渡；3），非关注楼层的变换角度和关注楼层变换角度指数相关，因此在移动关注视点时，所有楼层的变换角度都会动态更新，保证了翻页的动态和流畅。
（2.3）对于第n层图像中的某一点(x,y)，该坐标以图像的左下角为原点，通过下列公式计算该点在翻页式地图中的显示位置(x’,y’):
x’=cos(An)*(x-WL/2)*2*y/(3*WL)+x+Ws/2
y’=(y+Hg/2)*(An-90°)/90°+Hs/2
（2.4）最后，按照1递增到m，NL递减到m+1的顺序分别进行纹理映射，并逐一叠加到画面中。
进一步，所述步骤5和步骤6中需使用不同的线条表示不同含义的路径，本发明中使用了三种不同的线条：
（a）、实线表示未被遮挡的同层步行路径，且每间隔一段距离放置一个暗绿色三角形箭头；
（b）、虚线表示被遮挡的同层步行路径，且每间隔一段距离放置一个暗绿色三角形箭头；
（c）、中空线表示电梯或者楼梯的跃层路径，且每间隔一段距离放置一个中空的暗绿色梯形箭头。
本发明的技术构思是：利用翻页式的可视化方法，将多楼层结构的室内电子地图合理地展现在一个大小有限的二维屏幕上；利用非线性的角度映射函数，允许显示画面根据用户指定的关注信息动态、平滑地转换。
本发明的优点在于：翻页式的多层室内地图显示方法，巧妙地将多层地理信息错层展现，突破了现有的室内地图可视化瓶颈；利用非线性的角度变换参数，保证用户关注层的地理信息清晰可见的同时，很好地提示了整个室内结构的上下文关系；结合最优路径搜索，本发明能够有效地服务于复杂室内环境的电子导航。
附图说明
图1为本发明的总的流程图
图2为翻页式变换的示意图
图3为一个4层室内建筑的翻页式显示的示意图
图4为一个4层室内建筑的翻页式电子导航的示意图
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
多层室内地图的翻页式动态显示方法，包括以下步骤：
步骤1、绘制每一层室内地理信息数据的平面图；
步骤2、根据用户指定的视点和地理信息数据为每一层计算变换参数；
步骤3、根据变换参数将每一层的绘制结果进行纹理映射，并合成得到翻页式地图；
步骤4、根据用户输入的起始点和终止点信息，在地理信息数据中搜索最优路径；
步骤5、生成该最优路径的路线图；
步骤6、根据翻页式地图的前后遮挡关系，将生成的路径图合成到翻页式地图中，得到最终的导航路径地图。
进一步，所述步骤2中为每一层分别计算变换参数是本发明实现翻页式地图的关键环节，具体原理示意图见附件。记屏幕长宽分别为Ws和Hs，单层地图的长宽分别为WL和HL，中转轴宽度为Hg（本发明中取值30像素），室内地图的总共层数为NL，当前计算的层数为n（n=1,2,...,NL），用户指定的视点值为t（t∈[0,1]），上述步骤2包括以下主要具体步骤：
（2.1）对图像进行缩放，使其适用屏幕的大小，缩放尺度s为max(((HL+2Hg)/3+WL+30)/Ws,(HL+2Hg+30)/Hs)，新的单层图像长和宽用WL/s和HL/s代替；
（2.2）计算第n层的翻页角度An。首先，计算当前视点正对的楼层，即m=Integer((NL-1)*t)，Interger(x)表示取不超过x的最大整数；接着，计算该楼层的变换角度Am=90°-60°*((NL-1)*t-m)；然后，对n小于m的楼层的角度进行计算，An=Am/exp(3,m-n)，其中exp表示指数函数；其次，计算第m+1楼层的变换角度Am+1=90°+60°*(m+1-(NL-1))；最后，对n大于m+1的楼层的角度可计算，An=180°-(180°-Am+1)/exp(3,m-n)。
需要指出的是，1），Am+1-Am=60°，说明当前视点关注的两个相邻楼层之间始终能保持60度的夹角，保证了它们的清晰可见；2），当Am为90°时，Am-1和Am+1分别为30°和150°，都和Am相差60°，因此保证了在切换关注楼层时的平滑过渡；3），非关注楼层的变换角度和关注楼层变换角度指数相关，因此在移动关注视点时，所有楼层的变换角度都会动态更新，保证了翻页的动态和流畅。
（2.3）对于第n层图像中的某一点(x,y)，该坐标以图像的左下角为原点，通过下列公式计算该点在翻页式地图中的显示位置(x’,y’):
x’=cos(An)*(x-WL/2)*2*y/(3*WL)+x+Ws/2
y’=(y+Hg/2)*(An-90°)/90°+Hs/2
（2.4）最后，按照1递增到m，NL递减到m+1的顺序分别进行纹理映射，并逐一叠加到画面中。
进一步，所述步骤5和步骤6中需使用不同的线条表示不同含义的路径，本发明中使用了三种不同的线条：
（a）、实线表示未被遮挡的同层步行路径，且每间隔一段距离放置一个暗绿色三角形箭头；
（b）、虚线表示被遮挡的同层步行路径，且每间隔一段距离放置一个暗绿色三角形箭头；
（c）、中空线表示电梯或者楼梯的跃层路径，且每间隔一段距离放置一个中空的暗绿色梯形箭头。
目前，电子地图及相关的电子导航技术日渐成熟，但针对多层室内地图的显示方法仍局限于平面化的传统方法。本发明提出了翻页式的多层室内地图显示方法，并通过非线性角度映射函数保证了多层结构之间的平滑过渡和关注层的清晰显示，为导航技术向室内环境的推广铺平了道路。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.多层室内地图的翻页式动态显示方法，包括以下步骤：
步骤1、绘制室内多楼层地理信息的每一层的室内地理信息数据的平面图；步骤1所述的室内多楼层地理信息是通过多层翻页的形式展现的；
步骤2、根据用户指定的视点和地理信息数据为每一层计算变换参数；记屏幕长宽分别为Ws和Hs，单层地图的长宽分别为WL和HL，中转轴宽度为Hg，取值30像素，室内地图的总共层数为NL，当前计算的层数为n，n＝1,2,…,NL，用户指定的视点值为t，t∈[0,1]，所述的步骤2由以下步骤组成：
(2.1)对图像进行缩放，使其适用屏幕的大小，缩放尺度s为max(((HL+2Hg)/3+WL+30)/Ws,(HL+2Hg+30)/Hs)，新的单层图像长和宽用WL/s和HL/s代替；
(2.2)计算第n层的翻页角度An；首先，计算当前视点正对的楼层m，即m＝Integer((NL-1)*t)，Interger(x)表示取不超过x的最大整数；接着，计算该楼层的翻页角度Am＝90°-60°*((NL-1)*t-m)；然后，对n小于m的楼层的翻页角度进行计算，An＝Am/exp(3,m-n)，其中exp表示指数函数；其次，计算第m+1楼层的翻页角度Am+1＝90°+60°*(m+1-(NL-1))；最后，对n大于m+1的楼层的翻页角度进行计算，An＝180°-(180°-Am+1)/exp(3,m-n)；
(2.3)对于第n层图像中的某一点(x,y)，该坐标以图像的左下角为原点，通过下列公式计算该点在翻页式地图中的显示位置(x’,y’):
x’＝cos(An)*(x-WL/2)*2*y/(3*WL)+x+Ws/2
y’＝(y+Hg/2)*(An-90°)/90°+Hs/2
(2.4)最后，按照1递增到m，NL递减到m+1的顺序分别进行纹理映射，并逐一叠加到画面中；
步骤3、根据变换参数将每一层的绘制结果进行纹理映射，并合成得到翻页式地图；
步骤4、根据用户输入的起始点和终止点信息，在地理信息数据中搜索最优路径；步骤4所述的最优路径是结合翻页式地图的楼层遮挡生成的；
步骤5、生成该最优路径的路线图；
步骤6、根据翻页式地图的前后遮挡关系，将生成的最优路径的路线图合成到翻页式地图中，得到最终的导航路径地图。
2.如权利要求1所述的多层室内地图的翻页式动态显示方法，其特征在于：步骤(2.2)中的翻页角度是通过非线性连续映射函数计算得到的，所有楼层的角度均连续变换、动态更新；步骤(2.2)中当前视点关注的两个相邻楼层之间始终保持60度的夹角，保证了用户关注楼层的清晰可见。
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