CN105051791B - 三维图像输出装置和背景图像生成装置 - Google Patents

Abstract

[技术问题]目的是提高绘图背景的真实性同时抑制在连同背景图像一起输出三维地绘制目标的三维图像时处理负荷的增加。[技术方案]通过三维模型的透视投影绘制投影。当将透视投影的视线方向设定为从上向下看时，在图像的下部的目标绘制范围内绘制所述投影。通过二维地绘制单独从所述投影提供的背景图像来生成表现平流层的背景层。所述平流层(阴影线区域)被指定为不透明部分，而剩余区域被指定为透明部分。透明部分与不透明部分之间的边界由曲线来表达，所述曲线向上凸出来表达曲线的地平线。所述背景层不是叠加在投影的后面，而是叠加在投影的前表面上。这会导致包括由直线绘制的上边缘在内的投影的上边缘部分被覆盖和隐藏，并通过曲线表达边界。这提供了通过曲线表达地平线的伪图像。

Description

三维图像输出装置和背景图像生成装置

技术领域

本发明涉及输出三维图像的技术，其中背景图像被叠加在三维地表达目标的图像上。

背景技术

三维地表达诸如建筑物和道路等特征的三维地图已被广泛应用。从上向下倾斜地看广阔区域中的特征的鸟瞰图近来也已经变得流行起来。通常通过放置在平坦地表面上的三维模型的透视投影来绘制这样的三维地图。提出了各种各样的技术来相对于这样的三维图像显示诸如山脉、天空和云彩等远景图像。一种技术也已用于将从透视投影绘制的图像所单独提供的前景图像层叠加到该图像上。

专利文献1中所描述的技术基于关于每个定向区域预先所提供的远景图案绘制位于道路和建筑物的显示区域后方的背景图像。

引用列表

[专利文献]

PTL 1：JP 2007-25362A

发明内容

[技术问题]

三维地图以不同的显示比例被显示，因此希望根据显示比例来绘图。在以全球比例显示广阔区域的情况下，为了提高真实性，优选绘制显示平流层的背景并且利用曲线表达地平线。利用曲线表达地平线的鸟瞰图可以通过应用将地球的形状表达为球体的球体模型或通过应用将地球的形状表达为地球椭球体的地球椭球体模型来获得。

然而，这样的显示需要提供用于平坦地表面的三维模型和用于球形地表面的三维模型，或不理想地增加利用曲线来表达地平线的运算的处理负荷。三维地图可能相应地具有在试图如上所述提高绘图背景的真实性时显著地增加数据量或处理负荷的问题。这个问题不仅限于三维地图，而是在输出三维图像的构造中普遍会发现此问题。

为了解决上述问题，本发明的目的是提高绘图背景的真实性，同时抑制在连同背景图像一起输出三维地绘制目标的三维图像时处理负荷的增加。

[技术方案]

本发明可通过以下方面和实施例的任意一项来实现，以便解决上述问题的至少一部分。

根据本发明的第一方面，提供一种三维图像输出装置，其输出三维地绘制目标的三维图像。所述三维图像输出装置包括：三维模型存储器，其存储表现所述目标的三维形状的三维模型；投影部分，其使用所述三维模型并且生成三维地表达所述目标的三维目标图像；背景层生成部分，其生成背景层，其中所述三维图像的背景图像被绘制成具有透明部分和不透明部分；以及图像输出控制器，其将所述背景层叠加在所述三维目标图像的前表面上以生成所述三维图像并且输出所述三维图像。所述三维目标图像的生成条件和所述背景层的生成条件中的至少之一被调节成使得所述不透明部分覆盖并隐藏所述三维目标图像的一部分。

可以各种方面输出所述三维图像，例如可显示在显示单元上并且输出为印刷品。

本发明的三维图像输出装置将背景层叠加在三维目标图像的前表面上。背景层最初是显示三维目标图像的背景的层，即，显示以比三维目标图像更远的距离被绘制的图像的层。因此背景层应当基本上位于三维目标图像的后方。然而，本发明居然将背景层位于三维目标图像的前表面。背景层具有透明部分，使得即使当背景层位于三维目标图像的前表面时三维目标图像也是可见的。背景层具有覆盖并隐藏三维目标图像的一部分的不透明部分。用不透明部分覆盖并隐藏三维目标图像的一部分使得原先利用复杂的坐标转换或特殊的三维模型实现的图像能够通过伪图像来表达。相应地，本发明使得能够以改进的真实性来输出各种背景，同时抑制在连同背景图像一起输出三维地绘制目标的三维图像的过程中数据量和处理负荷的增长。

根据本发明，可以通过各种方法中的任意方法来生成背景层。一种可用的方法可预先提供包括透明部分和不透明部分的背景图像数据，并且在从三维目标图像的投影面单独提供的二维层上绘制背景图像数据以生成背景层。另一种可用的方法可提供表现背景图像的背景数据，根据所绘制的三维目标图像在二维层上限定透明部分和不透明部分，并且使用背景数据来绘制不透明部分以生成背景层。

根据所述三维图像输出装置的一个实施例，所述三维模型可以是表现地表面和特征的三维形状的地图数据，并且所述三维图像可以是三维地表达地理形状的三维地图。

三维地图的数据量非常大，需要输出各种背景，以提高真实性。三维地图可能还需要被实时显示或需要显示在相对低吞吐量的终端上，诸如手持终端。因此，本发明对于绘制各种背景的三维地图同时抑制数据量和处理负荷的增加而言是特别有效的。

根据所述三维图像输出装置的另一个实施例，所述背景图像可具有位于所述背景图像的上部的显示地球的平流层的不透明部分和位于所述背景图像的下部的透明部分，并且通过连接所述背景图像的左侧与右侧的圆弧或椭圆弧来表达所述透明部分与所述不透明部分之间的边界。所述投影部分可从地平线被识别为曲线的视角位置生成具有被所述不透明部分覆盖并隐藏的部分的所述三维目标图像。

在输出包括作为背景的平流层的三维地图时，这样通过曲线实现了地平线的伪表达，而无需通过球体模型或地球椭球体模型描述地表面和特征，并且无需执行任何复杂的运算。

根据所述三维图像输出装置的另一个实施例，所述背景图像可包括在所述透明部分与不透明部分之间的边界上逐渐改变图像的透明度的透明渐变区域。

这模糊了背景图像与透过透明部分的三维目标图像之间的边界，并且降低了三维目标图像被不透明部分覆盖的区域的不自然性。这也提供了模糊远距离的目标的视觉效果。透明渐变区域的宽度可在这样提供上述视觉效果的范围内例如根据三维地图的比例而改变。在透明渐变区域中，不仅可以改变背景图像的透明度，而且可以改变背景图像的颜色。

根据本发明的第二方面，提供了一种背景图像生成装置，其生成在输出三维地绘制目标的三维图像时将被叠加的背景图像，其中所述背景图像包括使得图像被透过的透明部分和不使得图像被透过的不透明部分。所述背景图像生成装置包括：目标绘制范围输入部分，其输入指定三维目标图像中的绘制目标的目标绘制范围的信息，所述三维目标图像三维地表达所述目标并且被生成为图像，所述背景图像将被叠加在所述三维目标图像上；背景指定信息输入部分，其输入指定所述三维图像中的所述三维目标图像的背景的内容的背景指定信息；以及背景图像生成器，其生成所述背景图像，所述背景图像包括所述不透明部分和被指定为透明部分的所述不透明部分的剩余部分，所述不透明部分构造为使得所述目标绘制范围的一部分被指定的背景覆盖并隐藏。

如上所述，由本发明所述的三维图像输出装置生成的背景层可以通过使用预先提供为具有透明部分和不透明部分的背景图像数据来生成或者可根据三维目标图像被新生成为具有透明部分和不透明部分的背景图像。本发明的背景图像生成装置可构造为相对于三维图像输出装置的一个单独装置，并可用作为预先生成前者实施例的背景图像数据的装置。所述背景图像生成装置可选择性地构造为可与三维图像输出装置配合操作，并且可用作为在输出时根据三维目标图像生成后者实施例的背景图像的装置。

本发明的背景图像生成装置基于三维目标图像中的目标绘制范围和背景指定信息适当地并且灵活地生成在上述三维图像输出装置中所用的背景图像。

根据本发明的“背景的内容”意味着将被绘制为背景的图像的类型，例如，平流层或海底。例如可在预先提供的菜单选项中选择来指定背景的内容。

生成指定内容的背景图像的方法可以存储原始背景图像数据，其中将整个图像指定为不透明部分，并将该原始背景图像数据的一部分替换为透明部分。例如，在相对简单的背景的情况下，例如，通过单一颜色表达的背景或通过规则地或不规则地改变形状或颜色而表达的背景，可通过根据指定内容以一种颜色和形状绘制不透明部分的图像来生成背景图像。

本发明可不必包括上述所有特征，而是可适当地省略一部分或组合这些特征来构造。本发明不限于上述的三维图像输出装置和背景图像生成装置的构造，而是可以构造为任何其他方面：例如，三维图像输出方法、背景图像生成方法、实现这些方法的功能的计算机程序；存储有这些计算机程序的非临时性存储介质；以及包括这些计算机程序并嵌入在载波中的数据信号。上面所述的各种附加组件也可用于各个方面的任一方面。

当本发明构造为计算机程序或构造为存储有这样的计算机程序的非临时性存储介质时，该构造可包括控制三维图像输出装置或背景图像生成装置的操作的整个程序，或者可仅包括实现本发明的功能的部分。存储介质的可用实例包括软盘、CD-ROM、DVD-ROM、磁光盘、IC卡，ROM盒、穿孔卡片、其上打印有条形码或其他码的印刷品、内部存储单元(诸如RAM和ROM等的存储器)和计算机的外部存储单元以及各种其他计算机可读介质。

附图说明

[图1]图1是示出根据第一实施例的三维地图显示系统的大体构造的简图；

[图2A]图2A是示出三维模型的投影和背景层之间关系的简图；

[图2B]图2B是示出三维模型的投影和背景层之间关系的简图；

[图3A]图3A是示出根据实施例的三维地图MAP的生成方法的概要的简图；

[图3B]图3B是示出根据实施例的三维地图MAP的生成方法的概要的简图；

[图3C]图3C是示出根据实施例的三维地图MAP的生成方法的概要的简图；

[图4]图4是示出根据第一实施例的背景图像数据生成过程的流程图；

[图5]图5是示出视线方向和背景图像之间关系的简图；

[图6]图6是示出根据第一实施例的三维地图显示过程的流程的流程图；

[图7]图7是示意性示出三维模型、视角位置和三维目标图像的目标绘制范围之间关系的简图；

[图8]图8是示出根据第二实施例的背景图像数据生成装置200A的大体构造的简图；

[图9]图9是示出根据第二实施例的三维地图显示过程的流程的流程图；

[图10]图10是示出根据第二实施例的背景图像数据生成过程的流程的流程图；

[图11]图11是示出根据变型例的三维地图MP的输出实例的简图；以及

[图12]图12是示出根据变型例的三维地图显示过程的流程的流程图。

具体实施方式

实施例

接下来描述根据本发明某些方面的本发明的装置应用于三维地图显示系统的实施例。在下面的描述中，构成三维地图显示系统的各装置通过局域网(LAN)连接。各装置可以选择性地通过诸如因特网等另外的网络连接。

A.第一实施例

A1.三维地图显示系统

图1是示出根据第一实施例的三维地图显示系统的大体构造的简图。如图所示，该三维地图显示系统包括三维地图显示装置100、背景图像数据生成装置200和打印机300。在三维地图显示系统中，三维地图显示装置100和背景图像数据生成装置200可一体地构造。

三维地图显示装置100包括地图数据库(DB)10、命令输入部分20、发射器/接收器30、三维地图生成器40、图像输出控制器50以及显示单元60。这些各自的功能块通过将用于实现各个功能的计算机程序安装在个人计算机中构造为软件构造，个人计算机例如包括CPU、RAM、ROM、硬盘驱动器和通信装置。这些功能块中的至少一部分可以选择性地构造为硬件构造。

地图数据库10包括三维模型12、字符数据14和背景图像数据16。地图数据库10存储地图数据作为三维模型12。地图数据是用来生成三维地图的数据并且包括三维多边形数据，其三维地表现诸如山脉、河流、道路和建筑物等各种特征的形状。根据本实施例，使用正交坐标系来描述地图数据。字符数据14是表现将在三维地图中绘制的字符的数据，例如，建筑物名称、道路名称和十字路口名称。每个字符数据14与每个三维模型12通过标识符相关。字符数据14还包括各字符在三维地图中的显示位置、字符的字体和大小以及关于三维地图的比例与字符的显示/不显示之间关系的数据。地图数据库10还存储由背景图像数据生成装置200预先生成的背景图像的数据作为背景图像数据16。背景图像数据16表示用于生成背景层的图像，在显示三维地图的过程中背景层将被叠加在通过三维模型12的透视投影绘制的投影上。根据本实施例，示出地球的平流层的图像被存储为背景图像。

命令输入部分20输入有关三维地图的显示的用户指令。发射器/接收器30经由LAN将数据发送到背景图像数据生成装置200和打印机300并从背景图像数据生成装置200和打印机300接收数据。

三维地图生成器40包括投影部分42、字符绘制部分44和背景层生成部分46。投影部分42使用从地图数据库10读取的三维模型12生成三维目标图像(也称为投影)，其通过透视投影三维地绘制各特征的三维模型。字符绘制部分44使用从地图数据库10读取的字符数据14在通过投影部分42生成的三维目标图像上绘制字符。背景层生成部分46使用从地图数据库10中读取的背景图像数据16生成将被叠加在三维目标图像的前表面上的背景层。图像输出控制器50使得所产生的三维地图通过显示单元60被显示或经由发射器/接收器30被输出到打印机300。

提供背景图像数据生成装置200作为生成背景图像数据16的装置。根据本实施例，背景图像数据生成装置200由个人计算机构造而成，个人计算机例如包括CPU、RAM、ROM、硬盘驱动器和通信装置。

背景图像数据生成装置200存储图像数据作为用于生成背景图像数据16的材料。操作者选择任何图像数据来将所选的图像数据编辑成适合于由三维地图显示装置100使用的背景图像数据16的内容。本实施例的背景图像数据具有如稍后描述的透明部分和不透明部分。背景图像数据生成装置200相应地提供例如编辑功能，其将由操作者选择的图像数据的部分指定作为透明部分。由背景图像数据生成装置200生成的背景图像数据16经由网络被发送到三维地图显示装置100并被存储在地图数据库10中。

图2是示出三维模型的投影和背景层之间关系的简图。图2A示意性示出了三维模型和背景层。

如图2A中所示，通过三维模型的透视投影绘制投影。投影的绘制范围被称为目标绘制范围。该范围随着投影期间的视线方向而改变。

提供背景层作为将在三维地图中被视觉上识别为背景的背景图像的层。根据本实施例，背景层不是被叠加在投影的后表面上而是被叠加在投影的前表面，如图2A所示。背景层的上部阴影线部分是不透过图像的不透明部分，并且背景层的下部非阴影线部分是透过图像的透明部分。换而言之，当背景层被叠加在投影的前表面上时，后面的投影在透明部分被显示，而投影在不透明部分被隐藏。图像的透明度逐渐变化的透明渐变区域可设置在背景层中的透明部分和不透明部分之间的边界上。

图2B示出了背景层被叠加在投影的前表面的状态。如上所述，尽管投影穿过背景层的透明部分是可见的，但投影在不透明部分是不可见的并且背景层的图像在不透明部分是可见的。当提供透明渐变区域时，在透明部分和不透明部分之间的边界上存在投影是模糊的区域。

根据本实施例，所示图中的交叉阴影区域所示，绘制投影和背景层，使得背景层的不透明部分覆盖并隐藏目标绘制范围的一部分。投影被背景图像覆盖的部分使得各种各样的伪图像被输出。

图3是示出根据实施例的三维地图MAP的生成方法的概要的简图。图3A示出了投影52的一个实例。如图3A中所示，利用从地图数据库10读取的三维模型12通过透视投影生成投影52。在该所示的实例中，按照显示整个日本国家的显示比例来绘制投影52。在投影52的下方目标绘制范围中绘制特征，并且在投影52上绘制字符。地平线按照该显示比例作为曲线应该是从根本上可见的。然而，在正交坐标系中提供三维模型，因此在投影52中目标绘制范围的上部边缘被绘制为直线。

图3B示出了背景层56的一个实例。通过二维地绘制从地图数据库10读取的背景图像数据16生成背景层56。该背景层56包括透明部分56a和不透明部分56b，并且在边界上设置图像的透明度是逐渐变化的透明渐变区域56c。在不透明部分56b中绘制形成图3A中所示的投影的背景的图像。在该所示的实例中，在不透明部分56b中绘制表现平流层的图像。平流层的边界作为跟随地平线的曲线预期是可见的，从而在背景层56中由曲线绘制不透明部分56b的边界。由于通过二维地简单绘制图像生成背景层56，所以很容易通过曲线绘制边界。在实施例的背景层56中，通过透明渐变区域56c表达地表面和平流层之间的对流层。更具体地，在该透明渐变区域56c中，透明度从透明部分56a向不透明部分56b从透明状态逐渐变化到不透明状态，并且颜色从白色变成表达平流层的深蓝色。

图3C示出了作为三维图像的三维地图(鸟瞰图)的一个实例。在该显示的图像中，背景层56被叠加在投影52的前表面。通过用背景层的不透明部分56c覆盖和隐藏投影52的上部边缘上的直线区段来输出全球比例的三维地图MAP。通过曲线绘制背景层56的边界，从而在图3C中生成地平线作为曲线被可见的伪图像，尽管在图3A中由直线绘制地平线。在输出包括作为背景的平流层的该三维地图MAP时，这样通过伪曲线实现了地平线的伪表达，而无需通过球体模型或地球椭球体模型描述三维模型，即，地表面和特征，并且无需执行任何复杂的运算。在透明渐变区域56c中，透过透明部分56a的不透明部分56b和三维目标图像52之间的边界是模糊的来表达地表面和平流层之间的对流层。

A2.背景图像数据生成过程

图4是示出根据第一实施例的背景图像数据生成过程的流程图。背景图像数据生成装置200的CPU响应于操作者的指令来执行该过程，以生成被存储在三维地图显示装置100的地图数据库10中的背景图像数据16。

当过程流程开始时，CPU获得有关由操作者输入的背景层56的不透明部分56b的指定的信息(步骤S100)。例如，CPU获得有关背景层56中的上部区域的多少百分比将被指定不透明部分56b的信息。相反地，CPU可以获得有关背景层56中的透明部分56a的指定的信息。

此外，不透明部分不一定是矩形区域。在步骤S100中各种形状的任意形状均可以被指定为不透明部分。

CPU随后获得有关由操作者输入的背景图像的内容的指定的信息(步骤S110)。例如，在生成以上参考图3B所描述的用于背景层56的背景图像数据的情况下，指定了地球的平流层的图像。可以例如通过选择用于预先存储在背景图像数据生成装置200中的背景的其中一个图像数据来指定背景图像的内容。

CPU随后获得由操作者输入的背景图像的生成条件(步骤S120)。背景图像的生成条件可以是，例如，背景层56中的不透明部分56b与透明部分56a之间的边界上的圆弧或椭圆弧的曲率以及透明渐变区域56c的宽度。CPU基于所获得的信息和背景图像的生成条件生成的背景图像数据16(步骤S130)并将背景图像数据16发送到三维地图显示装置100(步骤S140)。更具体地，CPU读取相应于在步骤S110中指定的内容的背景的图像数据。该图像数据是没有任何透明部分的整个不透明部分的数据。基于背景图像的生成条件，CPU指定图像数据的一部分作为透明部分。CPU还提供了指定宽度的透明渐变区域。一个变型例可以使操作者指定图像数据的一部分作为不透明部分。

这一系列的处理完成了第一个实施例的背景图像数据生成过程。

A3.背景图像

本实施例的背景图像被用来通过如图2和图3中所描述的覆盖和隐藏投影的一部分来生成伪图像，其不是通过简单的透视投影而绘制。在图3所示的实例中，使用了表现平流层的背景图像，使得投影的上侧部分被覆盖和隐藏。然而，由背景图像覆盖和隐藏的投影的部分不限于投影的上部。

图5是示出视线方向和背景图像之间关系的简图。如图所示，当指定的视线方向从三维模型的上方(半空中)向下看时，如上面绘图中所示在下部绘制投影。于是优选地指定背景图像的上部作为不透明部分并且指定背景图像的下部作为透明部分，并且部分地隐藏投影的上部。另一方面，当视线方向指定从三维模型的下方(地下)向上看时，如下部绘图中所示在上部绘制投影。于是优选地指定背景图像的上部作为透明部分并且指定背景图像的下部作为不透明部分，并且部分地隐藏投影的下部。如上所述，对于背景图像的不透明部分和透明部分允许各种设定。

不透明部分不是明确由视线方向来确定。例如，不透明部分可以相对于图5中从上向下看的视线方向设置在下部。相反地，不透明部分可以相对于图5中从下向上看的视线方向设置在上部。这是因为投影未必被密集地绘制，例如，当没有提供表现地表面的多边形作为地图数据时或者当比实际状态更稀疏地生成建筑物的三维模型时。

A4.三维地图显示过程

图6是示出根据第一实施例的三维地图显示过程的流程的流程图。由三维地图显示装置100的CPU响应于三维地图的显示指令的输入来执行此过程。

当输入三维地图的显示指令时，CPU获得由用户指定的三维地图的比例(步骤S200)。随后CPU基于所获得的比例确定三维地图的显示模式(步骤S210)。根据该实施例，提供背景图像非显示模式和背景图像显示模式作为三维地图的显示模式。在背景图像非显示模式下，显示三维地图MAP而不使用存储在地图数据库10中的背景图像数据16。相应地，本实施例的背景图像非显示模式包括显示三维地图MAP的情况，其中在不使用背景图像数据16的情况下绘制诸如海洋、山脉、天空和云彩等背景。另一方面，在背景图像显示模式中，使用存储在地图数据库10中的背景图像数据16显示三维地图MAP。在实施例中，使用地球的平流层的图像作为背景图像。在广阔区域内显示三维地图MAP的小比例中，诸如具有平流层的全球比例，背景图像显示模式被应用为显示模式。在不显示平流层作为背景图像的大比例中，背景图像非显示模式被应用为显示模式。

CPU随后判断在步骤S210确定的显示模式是否为背景图像显示模式(步骤S220)。当显示模式是背景图像非显示模式(步骤S220:否)时，CPU获得了视角位置和视线方向(步骤S230)并且基于三维地图的比例、视角位置和视线方向从地图数据库10获得作为处理目标的特征的三维模型12(步骤S232)。然后CPU基于视角位置和视线方向通过透视投影进行渲染来生成三维地绘制特征的三维目标图像52(步骤S234)。在三维目标图像52中利用现有技术适当地绘制诸如天空、云彩等背景。CPU从地图数据库10获得关于在三维目标图像52中显示的特征，即，从视角位置可见的特征的字符数据14，并且根据字符数据14的内容在三维目标图像52上适当地绘制字符(步骤S236)。然后CPU在显示单元60上以背景图像非显示模式显示所产生的三维地图MAP(步骤S250)。之后，CPU可响应于用户的输出指令将三维地图MAP输出到打印机300。

另一方面，当显示模式是背景图像显示模式(步骤S220：是)时，CPU获得视角位置(步骤S240)。CPU随后从地图数据库10获得背景图像数据16(步骤S241)并且使用背景图像数据16生成背景层56。然后CPU指定视线方向以通过背景层56的不透明部分56b来隐藏目标绘制范围的上部边缘(步骤S242)。根据本实施例，预先提供背景图像数据16，从而预先指定背景层56的不透明部分56b。目标绘制范围的尺寸取决于视线方向。不适当的视线方向会相应地导致平流层不可见的情况或不透明部分56b未隐藏目标绘制范围的情况。例如，当视线方向是竖直方向时，平流层即使按显示广阔区域的比例也是不可见的。当视线方向基本上等于水平方向时，目标绘制范围是图像的下部的狭窄区域并且可不被不透明部分56b覆盖或隐藏。如上所述，确定背景层56的不透明部分56b导致确定视线方向的使得目标绘制范围的一部分被覆盖和隐藏的容许范围。在步骤S242中，CPU在该容许范围内设定视线方向。根据变型例，当由用户输入的视线方向超出容许范围时，CPU可以将视线方向修改为被包含在容许范围内。

根据实施例预先指定背景层56的不透明部分56b，但可以通过分析背景图像数据16来指定不透明部分56b。

CPU随后基于视角位置和视线方向从地图数据库10获得作为处理目标的特征的三维模型12(步骤S244)。然后CPU基于视角位置和视线方向通过透视投影进行渲染来生成三维地绘制特征的三维目标图像52(步骤S246)。随后CPU从地图数据库10获得关于在三维目标图像52中显示的特征，即，从视角位置可见的特征的字符数据14，并且根据字符数据14的内容在三维目标图像52上适当地绘制字符(步骤S247)。在背景图像显示模式下，三维地图地图MAP的比例足够小，使得关于诸如建筑物和道路等小特征的字符未被绘制，但是仅绘制了代表主要地理名称的字符。然后CPU在其上绘制了字符的三维目标图像52的前表面上叠加背景层56(步骤S249)并且在显示单元60以背景图像显示模式显示所产生的三维地图MAP(步骤S250)。之后，CPU可响应于用户的输出指令将三维地图MAP输出到打印机300。

上文中描述的第一实施例的三维地图显示系统将背景层56叠加在三维目标图像52的前表面上，以便引起三维目标图像52的一部分透过背景层56的透明部分56a，引起背景层56的不透明部分56b覆盖和隐藏三维目标图像52的一部分，并且通过曲线表达三维目标图像52和平流层之间的边界。这使得原先利用复杂的坐标转换或特殊的三维模型实现的图像能够通过伪图像来表达。这使得能够以改进的真实性来输出各种背景，同时抑制在连同背景图像一起输出三维地绘制特征的三维地图MAP的过程中数据量和处理负荷的增长。

B.第二实施例

在第一实施例的三维地图显示系统中，背景图像数据16被预先存储在地图数据库10中。另一方面，在第二实施例的三维地图显示系统中，在三维地图显示过程期间通过背景图像数据生成装置200A适当地生成背景图像数据16。在第二实施例的三维地图显示系统中，无需在三维地图显示装置100的地图数据库10中存储背景图像数据16。

图7是示意性示出三维模型、视角位置和三维目标图像的目标绘制范围之间关系的简图。如图7中所示，三维目标图像的目标绘制范围随着从视角位置到三维模型的视线方向与地表面之间的角度“a”的增加而增加(按照从视角位置D到视角位置A的顺序)。换而言之，目标绘制范围与背景之间的边界在三维目标图像中向上移动。相反，随着从视角位置到三维模型的视线方向与地表面之间的角度“a”的减小(按照从视角位置A到视角位置D的顺序)，三维目标图像的目标绘制范围减小。换而言之，目标绘制范围与背景之间的边界在三维目标图像中向下移动。随着目标绘制范围的这种变化，需要改变用于覆盖和隐藏目标绘制范围的一部分的背景图像数据16。第二实施例根据三维目标图像中的目标绘制范围的变化相应地生成背景图像数据16。

B1.背景图像数据生成装置

图8是示出根据第二实施例的背景图像数据生成装置200A的大体构造的简图。如图所示，背景图像数据生成装置200A包括发射器/接收器210、目标绘制范围输入部分220、背景指定信息输入部分230、背景图像数据生成器240和背景图像存储器250。这些各自的功能块通过将用于实现各个功能的计算机程序安装在信息处理装置中构造为软件构造，信息处理装置例如包括CPU、RAM、ROM、硬盘驱动器和通信装置。这些功能块中的至少一部分可以选择性地构造为硬件构造。

背景图像存储器250存储有多个不同背景图像的材料。背景图像的材料包括，例如，地球的平流层图像以及海洋、山脉、天空和云彩的图像。在这些材料中既没有形成透明部分也没有形成不透明部分。

发射器/接收器210接收来自三维地图显示装置100的用于生成背景图像数据16的各种信息并且将由背景图像数据生成装置200A生成的背景图像数据16发送到三维地图显示装置100。从三维地图显示装置100接收到的信息包括：例如，指定在三维目标图像52中绘制目标的目标绘制范围的信息以及指定三维地图MAP中的三维目标图像52的背景的内容的背景指定信息。

目标绘制范围输入部分220从三维地图显示装置100经由发射器/接收器210输入指定在三维目标图像52中绘制目标的目标绘制范围的信息。背景指定信息输入部分230输入指定三维地图MAP中的三维目标图像52的背景的内容的背景指定信息。背景图像数据生成器240基于由目标绘制范围输入部分220和背景指定信息输入部分230输入的信息参考背景图像存储器250，并生成表现背景图像的背景图像数据16，其包括构造为由指定背景覆盖并隐藏三维目标图像52中的目标绘制范围的一部分的不透明部分56b和被指定为透明部分56a的不透明部分56b的剩余区域。

B2.三维地图显示过程

图9是示出根据第二实施例的三维地图显示过程的流程的流程图。由三维地图显示装置100的CPU响应于三维地图的显示指令与背景图像数据生成装置200A的CPU合作来执行此过程。

当输入三维地图的显示指令时，三维地图显示装置100获得由用户指定的三维地图的比例(步骤S300)。三维地图显示装置100还获得视角位置和视线方向(步骤S310)。三维地图显示装置100随后基于所获得的比例、视角位置和视线方向确定三维地图的显示模式(步骤S320)。

三维地图显示装置100然后基于三维地图的比例、视角位置和视线方向从地图数据库10获得作为处理目标的特征的三维模型12(步骤S330)。三维地图显示装置100然后基于视角位置和视线方向通过透视投影进行渲染以生成三维地绘制特征的三维目标图像52(步骤S340)。三维地图显示装置100随后从地图数据库10中获得关于在三维目标图像52中显示的特征，即，从视角位置可见的特征的字符数据14，并且根据字符数据14的内容在三维目标图像52上适当地绘制字符(步骤S350)。

三维地图显示装置100随后判断在步骤S320中确定的显示模式是否为背景图像显示模式(步骤S360)。当显示模式是背景图像非显示模式(步骤S360：否)时，三维地图显示装置100将具有绘制的字符的三维目标图像52叠加在通过现有技术预先提供的背景图像的前表面上并且在显示单元60上显示所产生的三维地图MAP(步骤S390)。之后，三维地图显示装置100可响应于用户的输出指令将三维地图MAP输出到打印机300。

另一方面，当显示模式是背景图像显示模式(步骤S360：是)时，三维地图显示装置100将用于背景图像数据生成装置200A中的背景图像数据生成过程的各种信息发送到背景图像数据生成装置200A(步骤S362)。背景图像数据生成装置200A利用从三维地图显示装置100接收到的信息并且进行稍后描述的背景图像数据生成过程来生成背景图像数据16(步骤S370)。三维地图显示装置100使用在背景图像数据生成装置200A中通过背景图像数据生成过程生成的背景图像数据16生成背景层56并且将背景层56叠加在三维目标图像52的前表面上(步骤S380)并且在显示单元60上显示所产生的三维地图MAP(步骤S390)。像在第一实施例的背景图像显示模式中的三维地图MAP一样，此三维地图MAP具有由背景层56的不透明部分56b覆盖和隐藏的三维目标图像的部分。之后，三维地图显示装置100的CPU可响应于用户的输出指令将三维地图MAP输出到打印机300。

B3.背景图像数据生成过程

图10是示出根据第二实施例的背景图像数据生成过程的流程的流程图。此过程对应于图9的三维地图显示过程中的步骤S370并且由背景图像数据生成装置200A的CPU来执行。

背景图像数据生成装置200A从三维地图显示装置100接收指定在三维目标图像52中绘制目标的目标绘制范围的信息，并且输入目标绘制范围(步骤S400)。例如，所输入的目标绘制范围显示三维目标图像52的低于80％是目标绘制范围。背景图像数据生成装置200A还从三维地图显示装置100接收指定三维地图MAP中的三维目标图像52的背景的内容的背景指定信息并且输入背景指定信息(步骤S410)。例如，所输入的背景指定信息指定背景是地球的平流层或者指定透明部分56a和不透明部分56b之间的边界上的圆弧或椭圆弧的曲率或透明渐变区域56c的宽度。背景图像数据生成装置200A然后从背景图像存储器250获得由输入的背景指定信息指定的背景图像的材料(步骤S420)。

背景图像数据生成装置200A随后基于在步骤S400和S410输入的信息(目标绘制范围和背景指定信息)确定背景图像的不透明部分和透明部分(步骤S430)。确定背景图像的不透明部分和透明部分使得用背景图像的不透明部分覆盖和隐藏包括整个最上部边缘的目标绘制范围的部分。例如，在图3B中所示的背景层中，背景图像数据生成装置200A以指定的曲率绘制边界并且调整曲线的竖直位置使曲率的顶点位于目标绘制范围的最上部边缘的下方。背景图像数据生成装置200A还基于背景指定信息适当确定透明渐变区域(步骤S440)。背景图像数据生成装置200A基于在步骤S420获得的背景图像的材料、在步骤S430确定的背景图像的不透明部分和透明部分以及在步骤S440确定的透明渐变区域生成背景图像数据16(步骤S450)。更具体地，背景图像数据生成装置200A读取背景图像的材料的图像数据，删除图像数据的相应于透明部分的部分并且指定该部分作为将透过的部分。背景图像数据生成装置200A还设定alpha值来逐渐改变图像数据中对应于透明渐变区域的部分的透明度。背景图像数据生成装置200A的CPU然后将所生成的背景图像数据16发送到三维地图显示装置100(步骤S460)。

如同第一实施例的三维地图显示系统一样，上述第二实施例的三维地图显示系统将背景层56叠加在三维目标图像52的前表面上，以使得三维目标图像52的一部分透过背景层56的透明部分56a并且由背景层56的不透明部分56b覆盖并隐藏三维目标图像52的一部分。这使得原先利用复杂的坐标转换或特殊的三维模型实现的图像能够通过伪图像来表达。这使得能够以改进的真实性来输出各种背景，同时抑制在连同背景图像一起输出三维地绘制特征的三维地图MAP的过程中数据量和处理负荷的增长。

此外，在第二实施例的三维地图显示系统中，背景图像数据生成装置200A根据三维目标图像的目标绘制范围和背景指定信息适当地并且灵活地生成背景图像。

C.变型例

上文描述了本发明的某些方面。然而，本发明并不局限于这些方面，而是可以在本发明的范围内由各种其他的方面来实现。下文给出了可能的变型例的一些实例。

C1.变型例1：

在上述实施例中，在三维地图MAP中地球的平流层的图像被用作三维目标图像52的背景图像(背景层)。然而，本发明并不局限于该实施例。例如，海洋、山脉、天空和云彩的图像可被用作背景图像。在这些应用中，背景层56的不透明部分56b与透明部分56a之间的边界可用直线而不是圆弧或椭圆弧来表达。在不透明部分56b与透明部分56a之间的边界上可以省略透明渐变区域56c。

图11是示出根据变型例的三维地图MAP的输出实例的简图。在该三维地图MAP中，在背景层的不透明部分中绘制山脉、天空和云彩。用直线来表达背景层的不透明部分与透明部分之间的边界。在背景层的不透明部分与透明部分之间的边界上设置透明渐变区域。

现有技术方法在投影的后面绘制背景图像。然而，该现有技术方法使背景图像与投影之间的边界清晰可见并且提供了陌生的感觉。另一方面，变型例的方法在投影的前表面上放置背景层并且提供透明渐变区域，以实现在远距离上景观是逐渐地模糊的状态的伪表达。

根据此变型例，在背景层的不透明部分的前表面上绘制字符串CH1、CH2、CH3和CH4。变型例相应地采用三维地图显示过程的流程，其部分地不同于在图9中所示的第二实施例的三维地图显示过程的流程。更具体地，变型例的三维地图显示过程在背景层56叠加在三维目标图像52的前表面之后在三维目标图像52上绘制字符。接下来简要地描述了根据变型例的三维地图显示过程的流程。

图12是示出根据变型例的三维地图显示过程的流程的流程图。当输入三维地图的显示指令时，三维地图显示装置100的CPU获得由用户指定的三维地图的比例(步骤S500)，获得视角位置和视线方向(步骤S510)，并基于所获得的比例、视角位置和视线方向确定三维地图的显示模式(步骤S520)。三维地图显示装置100的CPU随后基于三维地图的比例、视角位置和视线方向从地图数据库10获得作为处理目标的特征的三维模型12(步骤S530)，并且基于视角位置和视线方向通过透视投影进行渲染来生成三维地绘制特征的三维目标图像52(步骤S540)。这一系列的处理同于在图9中所示的第二实施例的三维地图显示过程中的步骤S300到S340的处理。

三维地图显示装置100的CPU随后判断在步骤S520中确定的显示模式是否为背景图像显示模式(步骤S550)。当显示模式是背景图像非显示模式(步骤S550：否)时，三维地图显示装置100的CPU将三维目标图像52叠加在通过现有技术预先提供的背景图像的前表面上，从地图数据库10获得关于在三维目标图像52中显示的特征的字符数据并且根据字符数据14的内容在三维目标图像52上适当地绘制字符(步骤S580)，并且在显示单元60上显示所产生的三维地图MAP(步骤S590)。

另一方面，当显示模式是背景图像显示模式(步骤S550：是)时，三维地图显示装置100的CPU将用于背景图像数据生成装置200A中的背景图像数据生成过程的各种信息发送到背景图像数据生成装置200A(步骤S552)。背景图像数据生成装置200A利用从三维地图显示装置100接收到的信息并执行背景图像数据生成过程以生成背景图像数据16(步骤S560)。背景图像数据生成过程同于第二实施例的过程。三维地图显示装置100的CPU使用由背景图像数据生成装置200A中的背景图像数据生成过程所生成的背景图像数据16生成背景层56并且在三维目标图像52的前表面上叠加背景层56(步骤S570)。三维地图显示装置100的CPU然后从地图数据库10获得关于在三维目标图像52中显示的特征的字符数据并且根据字符数据14的内容在背景层56叠加在三维目标图像52的前表面上之后在三维目标图像52上适当地绘制字符(步骤S580)，并且在显示单元60上显示所产生的三维地图MAP(步骤S590)。这一系列的处理根据图11所示的变型例输出三维地图MAP。

最后绘制字符避免了字符被背景层的不透明部分隐藏。

C2.变型例2

背景图像数据生成装置200A还可以具有获得当前的日期和时间的日期和时间获得部分。在该应用中，背景图像数据生成装置200A可以根据当前的日期和时间更改背景图像。例如，背景的色调可以根据当前的时间而改变，或者山脉的颜色可以根据季节而改变。这提高了三维地图MAP的真实性。

C3.变型例3

上述的第一实施例生成三维目标图像52，使得三维目标图像52的一部分被背景层56的不透明部分56b覆盖和隐藏。上述的第二实施例生成背景图像数据16，使得三维目标图像52的一部分被背景层56的不透明部分56b覆盖和隐藏。然而，本发明并不局限于这些实施例。变型例可既生成三维目标图像52又生成背景图像数据16，虽然做了调整，但也使得背景层56的不透明部分56b覆盖和隐藏三维目标图像52的一部分。

C4.变型例5

上述实施例描述了本发明的三维图像输出装置和背景图像生成装置应用于三维地图显示系统。然而，本发明并不局限于这些实施例，而是也可以应用到利用三维地图MAP来引导路线的导航系统。

本发明还适用于输出地图以外的其他图像。例如，在显示汽车的三维CAD模型的情况下，汽车的背景可以由背景层显示来表达显示汽车运行状态的伪图像。显示司机和乘客的背景层可以被叠加并绘制在汽车图像的前表面上以表达人们在汽车上的状态的伪图像。

[工业适用性]

本发明适用于输出三维图像的技术，其中在三维地表达目标的图像上叠加背景图像。

[附图标记列表]

10 地图数据库

12 三维模型

14 字符数据

16 背景图像数据

20 命令输入部分

30 发射器/接收器

40 三维地图生成器

42 投影部分

44 字符绘制部分

46 背景层生成部分

50 图像输出控制器

52 投影(三维目标图像)

56 背景层

56a 透明部分

56b 不透明部分

56c 透明渐变区域

60 显示单元

100 三维地图显示装置

200,200A 背景图像数据生成装置

210 发射器/接收器

220 目标绘制范围输入部分

230 背景指定信息输入部分

240 背景图像数据生成器

250 背景图像存储器

300 打印机

MAP 三维地图(三维图像)

CH1,CH2,CH3,CH4 字符串

Claims (9)

1.一种三维图像输出装置，其输出三维地绘制目标的三维图像，所述三维图像输出装置包括：

三维模型存储器，其存储表现所述目标的三维形状的三维模型；

投影部分，其使用所述三维模型并且生成三维地表达所述目标的三维目标图像；

背景层生成部分，其生成背景层，其中所述三维图像的背景图像被绘制成具有透明部分和不透明部分；以及

图像输出控制器，其将所述背景层叠加在所述三维目标图像的前表面上以生成所述三维图像并且输出所述三维图像，其中

所述三维目标图像的生成条件和所述背景层的生成条件中的至少之一被调节成使得所述不透明部分覆盖并隐藏所述三维目标图像的一部分。

2.根据权利要求1所述的三维图像输出装置，其中，

所述三维模型是表现地表面和特征的三维形状的地图数据，并且

所述三维图像是三维地表达地理形状的三维地图。

3.根据权利要求2所述的三维图像输出装置，其中，

所述背景图像具有位于所述背景图像的上部的显示地球的平流层的不透明部分和位于所述背景图像的下部的透明部分，并且通过连接所述背景图像的左侧与右侧的圆弧或椭圆弧来表达所述透明部分与所述不透明部分之间的边界，并且

所述投影部分从地平线被识别为曲线的视角位置生成具有被所述不透明部分覆盖并隐藏的部分的所述三维目标图像。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三维图像输出装置，其中，

所述背景图像包括在所述透明部分与不透明部分之间的边界上逐渐改变图像的透明度的透明渐变区域。

5.一种背景图像生成装置，其生成在输出三维地绘制目标的三维图像时将被叠加的背景图像，其中

所述背景图像包括使得图像被透过的透明部分和不使得图像被透过的不透明部分，

所述背景图像生成装置包括：

目标绘制范围输入部分，其输入指定三维目标图像中的绘制目标的目标绘制范围的信息，所述三维目标图像三维地表达所述目标并且被生成为图像，所述背景图像将被叠加在所述三维目标图像上；

背景指定信息输入部分，其输入指定所述三维图像中的所述三维目标图像的背景的内容的背景指定信息；以及

背景图像生成器，其生成所述背景图像，所述背景图像包括所述不透明部分和被指定为透明部分的所述不透明部分的剩余部分，所述不透明部分构造为使得所述目标绘制范围的一部分被指定的背景覆盖并隐藏。

6.一种由计算机执行的输出三维地绘制目标的三维图像的三维图像输出方法，所述三维图像输出方法包括：

存储表现所述目标的三维形状的三维模型；

使用所述三维模型并且生成三维地表达所述目标的三维目标图像；

生成背景层，其中所述三维图像的背景图像被绘制成具有透明部分和不透明部分；以及

将所述背景层叠加在所述三维目标图像的前表面上以生成所述三维图像并且输出所述三维图像，其中

所述三维目标图像的生成条件和所述背景层的生成条件中的至少之一被调节成使得所述不透明部分覆盖并隐藏所述三维目标图像的一部分。

7.一种由计算机执行的生成背景图像的背景图像生成方法，在输出三维地绘制目标的三维图像时将叠加所述背景图像，其中

所述背景图像包括使得图像被透过的透明部分和不使得图像被透过的不透明部分，

所述背景图像生成方法包括：

输入指定三维目标图像中的绘制目标的目标绘制范围的信息，所述三维目标图像三维地表达所述目标并且被生成为图像，所述背景图像将被叠加在所述三维目标图像上；

输入指定所述三维图像中的所述三维目标图像的背景的内容的背景指定信息；以及

生成所述背景图像，所述背景图像包括所述不透明部分和被指定为透明部分的所述不透明部分的剩余部分，所述不透明部分构造为使得所述目标绘制范围的一部分被指定的背景覆盖并隐藏。

8.一种存储计算机程序的计算机可读记录介质，所述计算机程序使得计算机输出三维地绘制目标的三维图像，所述计算机程序使得所述计算机实现：

三维模型存储功能，其存储表现所述目标的三维形状的三维模型；

投影功能，其使用所述三维模型并且生成三维地表达所述目标的三维目标图像；

背景层生成功能，其生成背景层，其中所述三维图像的背景图像被绘制成具有透明部分和不透明部分；以及

图像输出控制功能，其将所述背景层叠加在所述三维目标图像的前表面上以生成所述三维图像并且输出所述三维图像，其中

所述三维目标图像的生成条件和所述背景层的生成条件中的至少之一被调节成使得所述不透明部分覆盖并隐藏所述三维目标图像的一部分。

9.一种存储计算机程序的计算机可读记录介质，所述计算机程序使得计算机生成背景图像，在输出三维地绘制目标的三维图像时将叠加所述背景图像，其中

所述背景图像包括使得图像被透过的透明部分和不使得图像被透过的不透明部分，

所述计算机程序使得所述计算机实现：

目标绘制范围输入功能，其输入指定三维目标图像中的绘制目标的目标绘制范围的信息，所述三维目标图像三维地表达所述目标并且被生成为图像，所述背景图像将被叠加在所述三维目标图像上；

背景指定信息输入功能，其输入指定所述三维图像中的所述三维目标图像的背景的内容的背景指定信息；以及

背景图像生成功能，其生成所述背景图像，所述背景图像包括所述不透明部分和被指定为透明部分的所述不透明部分的剩余部分，所述不透明部分构造为使得所述目标绘制范围的一部分被指定的背景覆盖并隐藏。