CN110073416B - 用于三维虚拟环境的街道网络内的程序生成建筑物图形的系统和方法 - Google Patents

Abstract

三维虚拟环境中的与多个建筑物对应的图形的程序生成的系统和方法包括：标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域；生成区域内的多个拼块的二维布置；基于存储在存储器中的伪随机索引值阵列针对多个拼块中的每个拼块标识与每个拼块对应的建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形；和基于多个拼块的二维布置和针对多个拼块中的每个拼块所标识的建筑物区段图形来生成包括区域中的多个建筑物的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

Description

用于三维虚拟环境的街道网络内的程序生成建筑物图形的系 统和方法

技术领域

本公开一般涉及计算机图形领域，并且更具体地，涉及用于表示三维计算机图形中的建筑物的图形的程序（procedural）生成的系统和方法。

背景技术

许多现代软件应用将虚拟环境的三维表示显示为用户界面的一部分。三维（3D）图形用于广泛范围的应用，包括视频游戏、模拟、虚拟和增强现实应用、地理空间信息应用、以及用于地图和导航的应用。在许多应用中，3D图形在描绘现实世界环境和位置时比二维（2D）图形更有用，因为人与现实世界之间的正常交互发生在三维中。

为了显示三维图形，计算系统需要用于三维虚拟环境中的结构和其他项目的几何信息、以及包括纹理和照明信息的各种其他数据片，以执行产生虚拟环境的图形描绘的处理。在一些情况下，在虚拟环境内显示大量相对较小的图形模型，诸如建筑物。存储用于大量建筑物的单独图形模型通常是不切实际的，因此一些现有技术系统将各种技术用于程序生成以使用可以以实际方式存储在存储器中的相对较小的一组几何数据来显示建筑物组。程序生成图形是指计算设备使用包括模型和纹理的相对较小的一组存储图形数据和一个或多个计算算法来生成以从存储的图形数据构建复杂的图形场景而不是存储用于整个虚拟环境的精确几何模型的图形，包括3D图形。例如，从存储在存储器中的一组几个单独建筑物模型来生成建筑物群集是程序生成图形的一种应用。

虽然程序生成图形减少了对虚拟环境的复杂预生成图形模型的要求，但是现有技术程序图形生成技术还要求大量的计算资源，这些资源在许多嵌入式和低功率计算设备（诸如车载导航系统和移动电子设备）中通常是不可用的。特别地，用于在城市或郊区三维环境中布置在街道街区（block）之间的大量建筑物的现有技术图形生成技术对于与较低功率设备一起使用可能是不实际的。例如，诸如Google Maps和Apple Maps的在线地图服务要求移动设备用户下载用于所有三维建筑物模型的预定模型。在具有大量建筑物的密集环境中，下载所有建筑物模型的要求要求移动电子设备消耗大量的网络带宽和电池电量。因此，以计算高效的方式程序生成用于大量建筑物的图形的改进技术将是有益的。

发明内容

在一个实施例中，已经开发了一种用于生成三维虚拟环境中的与多个建筑物对应的图形的方法。该方法包括利用处理器标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域；利用处理器生成区域内的多个拼块（tile）的二维布置，每个拼块对应于存储在存储器中的多个建筑物区段图形中的建筑物区段图形的子集；利用处理器基于存储在存储器中的伪随机索引值阵列来标识用于多个拼块中的每个拼块的建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形，每个索引值对应于建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形；和利用处理器和显示设备基于多个拼块的二维布置和针对多个拼块中的每个拼块所标识的一个建筑物区段图形来生成包括区域中的多个建筑物的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

在另一实施例中，一种图形显示系统，其生成三维虚拟环境的图形表示。该系统包括显示设备；存储器，其被配置成存储数据，所述数据对应于包括多个街道的三维虚拟环境和用于三维虚拟环境中的建筑物的多个建筑物区段图形；和处理器，其可操作地连接到存储器和显示设备。处理器被配置成：标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域；生成区域内的多个拼块的二维布置，每个拼块对应于多个建筑物区段图形中的建筑物区段图形的子集；基于存储在存储器中的伪随机索引值阵列来标识用于多个拼块中的每个拼块的建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形，每个索引值对应于建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形；和利用显示设备基于多个拼块的二维布置和针对多个拼块中的每个拼块所标识的一个建筑物区段图形来生成三维虚拟环境的图形描绘，所述图形描绘包括区域中的多个建筑物。

附图说明

图1是被配置成生成3D虚拟环境中的包括程序生成建筑物的三维（3D）图形的计算设备的示意图。

图2是用于在3D虚拟环境中的街道网络内的建筑物的程序生成和显示的过程的框图。

图3是用于在图2的过程期间标识被3D虚拟环境中的街道包围的区域的过程的框图。

图4是描绘用于街道网络的连接图的图，图1的系统使用其来生成围绕3D虚拟环境中的包括程序生成建筑物的所标识区域的多边形。

图5是用于两个不同拼块尺寸的拼块组的说明图，其中具有对应于拼块的二维布置的类型代码的示例。

图6是描绘填充包括程序生成建筑物的3D虚拟环境的区域中的矩形的不同拼块尺寸的二维布置和图1的系统用于为不同拼块选择不同组的建筑物区段图形的一组伪随机索引数据的图。

图7是具有不同区域的3D虚拟环境的一组图形描绘，包括在白天、夜晚和雪环境条件期间的不同组程序生成建筑物。

图8是3D虚拟环境中的具有基于一天中时间和季节应用于建筑物区段的不同图形效果的建筑物区段的一组说明性描绘。

具体实施方式

出于促进理解本文公开的实施例的原理的目的，现在参考以下书面说明书中的附图和描述。参考文献不旨在限制本主题的范围。本公开还包括对所示实施例的任何改变和修改，并且包括本公开所属领域的技术人员通常会想到的所公开实施例的原理的进一步应用。

如本文所使用的，术语“三维（3D）虚拟环境”或更简单地“虚拟环境”是指存储在计算机系统的存储器中的一组几何、纹理和其他图形数据，其使得计算机系统能够生成具有三个视觉上可感知的维度的空间的图形描绘，其通常被投影到二维视频显示设备上或者可以使用三维查看设备来显示。虽然不是要求，但许多三维虚拟环境表示地球上的地理区域，包括陆地、水、天空、照明和提供地球上的环境的视觉表示的其他环境效果的图形表示。虚拟环境数据包括地形信息，诸如陆地特征的标高和倾斜度、水的位置、以及其他地理特征。可以在三维虚拟环境内描绘诸如建筑物、街道、桥梁等的人工结构。另外，三维虚拟环境通常包括对应于包括街道和建筑物的人造结构的区域。如下面进一步详细描述的，本文教导的计算机系统生成三维虚拟环境的图形描绘，其包括被街道网络中的街道环绕的3D虚拟环境的区域中的程序生成建筑物图形。

如本文所使用的，术语“建筑物”是指位于3D虚拟环境中以提供3D虚拟环境内的人造结构的图形描绘的三维结构。术语“建筑物区段”是指可以自身形成整个建筑物或者与其他建筑物区段邻近放置以形成一个或多个较大连续建筑物结构的图形结构。生成不同的建筑物区段以与不同的相邻建筑物区段对齐以使得能够从多个建筑物区段生成用于大型建筑物的图形，或者表示形成3D虚拟环境中的街区的邻近建筑物组。如下面更详细描述的，存储器存储多组可互换的建筑物区段图形，以使得系统能够使用建筑物区段的不同组合来产生各种各样的程序生成建筑物。在大多数情况下，建筑物结构从3D虚拟环境中的地表面延伸。本文描述的系统和方法使得能够在三维虚拟环境内程序生成建筑物结构，而不需要用于3D虚拟环境内的每个建筑物的特定模型数据。

图1描绘了生成三维虚拟环境的图形表示的图形显示系统100。系统100的非限制性示例包括车载导航系统、诸如智能电话、平板电脑或可穿戴计算设备的移动电子设备、以及生成三维虚拟环境的图形描绘的其他嵌入式计算系统。图1描绘了计算系统100，其生成3D虚拟环境的图形显示，包括诸如地球表面的地面的表示，其中地面照明和墙壁照明纹理被应用于环绕结构的区域和描绘结构的墙壁的多边形。计算系统100包括处理器108、存储器120、显示器144、用户输入设备146、可选定位系统148和可选网络设备152。计算系统100的硬件实施例包括但不限于个人计算机（PC）硬件、包括用于机动车辆中的嵌入式计算硬件的嵌入式系统硬件、以及包括智能电话和平板计算设备的移动电子设备。

在计算系统100中，处理器108包括实现中央处理单元（CPU）112、图形处理单元（GPU）116和时钟118的功能的一个或多个集成电路。在一些实施例中，处理器是片上系统（SoC），其将CPU 112和GPU 116的功能以及可选地将包括存储器120、网络设备152和定位系统148的其他组件集成到单个集成设备中。在一个实施例中，CPU是市场上可买到的中央处理设备，其实现诸如x86、ARM、Power或MIP指令集族之一的指令集。GPU包括用于显示2D和3D图形两者的硬件和软件。在一个实施例中，处理器108执行软件驱动程序并包括GPU 116中的硬件功能，以使用OpenGL、OpenGL ES、Vulkan、Metal或Direct3D图形应用编程接口（API）来生成3D图形。例如，GPU 116包括一个或多个硬件执行单元，其实现顶点着色器和片段着色器来处理和显示2D和3D图形。在操作期间，CPU 112和GPU 116执行从存储器120检索的所存储的编程指令140。在一个实施例中，所存储的编程指令140包括操作系统软件和生成3D图形的一个或多个软件应用程序，包括地图和导航应用、虚拟现实应用、游戏应用、模拟应用以及配置成生成3D图形的任何其他软件。处理器108执行地图和导航程序并通过显示设备144生成对应于地图和地图特征的2D和3D图形输出。利用软件和硬件功能来配置处理器，这通过将编程指令存储在可操作地连接到处理器的一个或多个存储器设备中并通过可操作地将硬件功能连接到处理器和/或其他电子、机电或机械组件以提供来自传感器或数据源的数据以使得处理器能够实现下面讨论的过程和系统实施例。

在处理器108中，时钟118是使用预定格式（例如，自时间上的一点（epoch）以来的秒数）维持时间值的定时设备，系统100可以将其用于各种目的，包括标识在使用日历软件程序的系统100外部的物理环境中的一年中时间。在一些实施例中，系统100基于使用例如网络时间协议（NTP）从外部时间服务器经由网络设备152接收的数据或从经由定位系统148从外部发送器接收的定时数据周期性地设置时钟118。

存储器120包括非易失性存储器和易失性存储器两者。非易失性存储器包括固态存储器，诸如NAND闪速存储器、磁和光存储介质、或者当车载信息系统100被停用或丢失电功率时保留数据的任何其他合适的数据存储设备。易失性存储器包括静态和动态随机存取存储器（RAM），其在车载信息系统100的操作期间存储软件和数据，包括图形数据和地图特征数据。除了编程指令140之外，存储器120包括3D虚拟环境数据124、用于一组或多组建筑物区段的图形模型128、包括用于每个拼块的类型代码和到建筑物区段图形128的映射的一个或多个拼块组所对应的数据132、以及伪随机建筑物区段索引阵列136。3D虚拟环境数据124包括虚拟环境的模型，包括地面地形信息、延伸通过地形区域的街道、以及非程序生成的结构，诸如3D虚拟环境内的独特地标。3D虚拟环境数据包括具有三维坐标的顶点，其定义一系列互连多边形，诸如三角形，其形成3D虚拟环境内的各种特征的形状。

在存储器120中，建筑物区段图形数据128包括用于3D虚拟环境中的各种类型的程序生成建筑物的三维模型。一些建筑物区段包括可以在街区中彼此紧挨布置的建筑物的完整模型，并且其他建筑物区段形成由较小结构元素形成的较大结构的部分。在一个实施例中，每组建筑物区段图形在逻辑上被组织存储器120中的二维阵列，其中用于每个建筑物区段的几何模型对应于一个轴上的拼块之一132的类型代码和任意分配的索引号，其对应于随机建筑物区段索引阵列136中的索引号之一。因此，对于具有给定类型代码的任何给定拼块，建筑物区段图形数据128包括具有多个合适建筑物区段的至少一组图形数据，这提供了3D虚拟环境中的建筑物的布置的更大变化，因为不同区域对应于为不同区域选择不同建筑物区段图形的不同伪随机索引号阵列。建筑物区段数据128可选地包含多组建筑物区段图形以适应（accommodate）拼块组数据132中的多个拼块尺寸或者具有用于不同建筑物架构风格的不同组的模型图形。另外，建筑物区段图形132可选地包括纹理、照明效果和其他存储的图形着色器程序或图形效果，其使得系统100能够将不同的图形效果应用于单组几何建筑物区段模型来生成描绘不同照明条件（例如白天和夜晚）的图形或描绘不同季节和天气条件期间的建筑物的图形。

在存储器120中，拼块组数据132包括多个“拼块”，每个“拼块”表示对应于建筑物区段数据128中的建筑物区段的一部分的二维区域。如下所述，每个拼块被分配四位类型代码，其描述邻近相邻拼块的布局并标识适合与每个拼块一起使用的建筑物区段图形数据128的子集。例如，指示拼块的左侧和底侧与其他拼块相接并且拼块的顶侧和右侧与街道相接的类型代码对应于具有适当视觉外观的建筑物区段数据128中的建筑物图形的集合，以表示由两个街道相接的街区的东北角落处的建筑物，其中街区包括在角落的南边和西边的附加建筑物。在拼块的二维布置中，每个拼块包括四位类型代码，其指定多达十六组不同的邻近拼块（或没有邻近拼块）。拼块数据132可选地包括多个拼块组，其中每个拼块组对应于特定尺寸的拼块，并且不同拼块组包括更大或更小的拼块尺寸，其对应于用于更大和更小的建筑物区段的图形模型。用于每个拼块的类型代码与多个不同的建筑物图形区段模型128相关联，以提供3D虚拟环境中的视觉变化。随机拼块索引阵列136针对每个拼块代码包括多个数字索引阵列到建筑物区段图形中。随机拼块索引数据以随机或伪随机方式生成并存储在存储器120中，以便以确定性方式控制建筑物区段图形的选择。随机拼块索引阵列数据136使得系统100能够生成具有程序生成建筑物的图形，其在3D虚拟环境中提供随机性的外观，但是其可以由系统100以确定性的方式重新生成以使得系统100能够在不同的操作时间以一致的方式生成同一组建筑物。

计算系统100包括可选的网络设备152，其被配置成通过数据网络（未示出）从外部计算系统发送和接收数据。网络设备152的示例包括诸如以太网和通用串行总线（USB）适配器的有线网络适配器、以及诸如3G或4G无线广域网（WWAN）、802.11或蓝牙无线局域网（WLAN）适配器的无线网络适配器。在一些实施例中，处理器108从外部网络检索虚拟环境数据124、结构模型多边形数据128和纹理数据132以存储在存储器120中。在一些实施例中，存储器120高速缓存图形数据并且处理器108存储通过网络设备152接收的附加图形数据，以更新存储器120的内容。

计算系统100包括可操作地连接到处理器108的可选定位系统设备148。定位系统的示例包括全球定位系统（GPS）接收器、标识计算系统100相对于固定无线发送器的位置的无线电三角测量接收器、以及惯性导航系统。在操作期间，处理器108执行地图和导航软件应用，其从定位系统148检索位置信息以标识计算系统100的地理位置并调整虚拟环境的显示以对应于计算系统100的位置。在导航应用中，处理器108标识计算系统100的位置和移动，以生成到所选目的地的路线和路线在3D虚拟环境中的显示。

在计算系统100中，显示器144是集成显示设备，诸如LCD或其他显示设备，其与计算系统100的外壳集成，或者显示器144是外部显示设备，其通过有线或无线接口可操作地连接到计算系统100以从处理器108接收输出信号来生成3D虚拟环境的显示。在其中计算系统100是车载嵌入式计算设备的实施例中，显示器144是位于车辆的控制台中的LCD或其他平板显示器，或者显示器144是平视显示器（HUD）或在车辆中的挡风玻璃或其他显示表面上显示3D虚拟环境的其他投影显示器。在计算系统100中，输入设备146例如是与显示器144集成的触摸屏输入设备、语音输入设备、或从系统100的操作者接收输入数据的另一合适设备。

图2描绘了用于被3D虚拟环境内的街道包围的3D虚拟环境的区域内的建筑物图形的过程生成的过程200。在下面的讨论中，对执行功能或动作的过程200的引用是指处理器执行所存储的程序指令以执行与图形显示系统中的其他组件相关联的功能或动作的操作。为了说明的目的，结合图1的系统100和图4-图8的描绘来描述过程200。

当处理器108标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域时，过程200开始（框204）。如上所述，3D虚拟环境数据124包括包围地理区域的3D虚拟环境内的街道的网络，诸如包围具有建筑物的街区的城市环境中的街道的网格。如下面在图3中更详细描述的，处理器108标识被街道网络包围的二维区域。在一个实施例中，处理器108生成对应于被街道包围的每个区域的多边形。图4提供了包括环绕区域406的多个街道的街道网络404的一部分的说明性示例。如图3所描述的，处理器108遍历多组有向图边以标识街道网络内的区域406，并且生成与形成包围区域406的边界的街道对应的边界多边形416。在本文描述的过程中，边界多边形在不考虑高度的情况下在两个维度上环绕区域。在建筑物图形的生成期间，处理器108基于三维虚拟环境数据124中存在的高度坐标将建筑物定位在区域406内的陆地表面或其他表面上。

当处理器108生成与覆盖可以用单个矩形多边形覆盖的全部或尽可能多的包围区域的矩形对应的“最大矩形”时，过程200继续（框208）。在一个实施例中，处理器108从包围区域的多边形的每个顶点（诸如图4中的多边形416的每个顶点）开始生成矩形，并且扩展矩形直到矩形到达多边形416的侧（side）。处理器108使用具有最大面积的矩形作为占据多边形的部分的最大矩形。图4描绘了在梯形多边形416内具有内部区域424的最大尺寸的矩形418。一些区域具有矩形形状，并且具有最大尺寸的矩形匹配于区域的全尺寸。对于具有更复杂形状和足以适应建筑物模型的尺寸的一些区域，处理器108将区域细分为多个矩形，并在区域内的每个矩形中执行过程200的剩余操作。

当处理器108生成对应于预定建筑物区段图形的拼块的二维布置以填充区域的矩形部分时，过程200继续（框212）。在系统100的实施例中，处理器108用选择两个不同拼块尺寸来填充矩形区域，但是替代实施例使用单个拼块尺寸或多于两个拼块尺寸。在系统100中，每个尺寸的拼块也被称为“拼块组”。图5描绘了两个不同的拼块组504和508。拼块组504描绘了较小的拼块尺寸，而组508描绘了较大的拼块尺寸。系统100使用较小的拼块504来填充街道之间的较小区域并填充不能包括较大尺寸的附加拼块的较大区域的边缘。较大的拼块508使得系统100能够在过程200期间以高效的方式填充较大的区域，并且较小的拼块使得能够实现3D虚拟环境的不同区域内的程序生成建筑物的增加覆盖。

如图5所描绘的，拼块组504和508中的每个拼块被分配预定类型代码（诸如图5中描绘的四位代码），以在每个拼块组中生成十六个拼块。在过程200期间，处理器108基于在拼块的二维布置中与其他拼块（如果有的话）邻近的拼块的侧将类型代码之一分配给每个拼块。分配给每个拼块的类型代码指示可以布置成紧挨拼块的邻近相邻拼块的类型。例如，在图5中，四位类型代码对应于每个拼块的顶部（512）、底部（516）、左侧（520）和右侧（524），其中二进制值“1”指示拼块的对应侧与拼块的二维布置内的另一拼块相邻。生成用于不同拼块代码的建筑物区段图形，其具有基于类型代码适应相邻拼块的结构。用于特定侧的类型代码中的“0”值指示与拼块相关联的建筑物区段具有用于特定侧上的建筑物的外部面的图形。如图5所描绘的，利用二维布置532中描绘的类型代码形成九个拼块528的二维布置。

每个类型代码引用存储在存储器120中的适合于放置成紧挨布置中的对应邻近拼块的一组多个建筑物区段图形。例如，具有代码“1111”的中央拼块对应于一组建筑物区段图形，其具有连接器或其他图形元素以适应拼块的所有四个侧上的相邻建筑物区段，诸如中央大厅或连接到翅膀和其他结构的建筑物的其他中央区段。在拼块布置532的外部，类型代码是指建筑物区段图形的集合，其具有对于具有类型“1”的侧连接到邻近拼块的所选侧，并且对于外部拼块，建筑物结构元素包括外墙和对应于建筑物外部的其他元素，其对于具有类型“0”的侧从三维虚拟环境中的街道可见。类型代码“0000”用于对应于在较小区域中使用的完整建筑物的建筑物区段，其中被单个拼块覆盖的较小区域被三维虚拟环境中的街道环绕。

如图6所描绘的，在过程200期间，处理器108用来自一个或多个拼块组的拼块填充矩形区域418，以生成拼块的二维布置。在图6的示例中，处理器108用较大的拼块608部分地填充区域418，并且随后用较小的拼块612填充区域418内的剩余区域的一部分中。在一些情况下，诸如在图6中，矩形的小部分保持未被任何拼块覆盖，并且在一些实施例中，系统100使用预定的地面纹理或其他图形效果来模拟通常在建筑物的边界周围找到的草地、人行道或其他地形特征。

当处理器108可选地基于对应于物理世界的所显示区域的地理位置并且可选地参考一天中时间和天气数据来选择一组建筑物区段图形时，过程200继续（框216）。例如，在导航应用中，处理器108标识与地球上的地理区域对应的3D虚拟环境数据124中的位置坐标数据。处理器108从存储器120中的建筑物图形数据128中选择与预定地理区域内的建筑物的架构风格对应的一组建筑物区段图形。例如，如果3D虚拟环境在德国的城市中显示城市环境，则处理器108从存储器120中检索与欧洲或德国架构对应的一组建筑物区段128，以提供更逼真的一组程序生成图形。在一些实施例中，建筑物区段数据128存储系统100在操作期间显示的不同地理区域中的架构风格的建筑物区段数据的集合。在其中系统100与车辆导航系统合并的一个实施例中，当车辆行进通过不同的地理区域时，系统100经由网络设备152接收更新的建筑物区段数据的集合，以使得存储器120能够存储与通常在车辆行进通过的地理区域中找到的建筑物架构对应的建筑物区段数据的集合。

当处理器108基于从建筑物区段数据128选择一个建筑物区段的伪随机索引数据136来选择用于区域中的每个拼块的存储器120中的多个建筑物区段数据128的子集中的一个建筑物区段时，过程200继续（框220）。在系统100中，存储器120存储多个伪随机拼块索引阵列136，其将单个拼块类型代码映射到存储在特定区域的所选建筑物图形集合中的多个建筑物区段图形。处理器108使用散列函数或其他映射来基于例如3D虚拟环境内的区域的坐标或与区域相关联的某个其他固定值来从存储器120中选择伪随机索引阵列136之一。如上所述，用于给定拼块的每个类型代码值对应于不同建筑物区段图形的子集（例如，二维表中的不同建筑物区段图形中的一列）。处理器108使用来自随机建筑物区段索引数据136的伪随机索引值来从所选子集中标识一组建筑物区段图形（例如，类型代码和索引值充当用于使处理器选择二维表中的一组建筑物区段图形的列和行标识符）。因此，系统100产生用于三维虚拟环境内的每个区域的程序生成图形，其对于系统100的用户看起来是随机的，但是系统100还在系统100的操作期间以一致的方式为同一区域重新生成同一组程序生成图形。

使用图6作为示例，拼块632表示接收程序生成建筑物的三维虚拟环境的区域内的矩形的部分。处理器108选择一组伪随机索引序列636，其对应于基于每个拼块的类型代码从合适的一组建筑物区段中选择的每个拼块的不同组的建筑物区段图形。在一个实施例中，拼块632和640中的每个被认为在具有环绕每个拼块的街道网格的地图区域中具有单个类型代码（例如1111），但是系统100为拼块选择不同组的建筑物图形，每组以伪随机的方式具有相同的类型代码。在图6的示例中，建筑物区段图形数据128的子集包括三个不同的单独建筑物区段图形模型（其被索引为1-3）用于每个拼块的对应类型代码，其对于图6的示例中的到达拼块是1111。处理器108基于拼块类型代码和伪随机序列636选择拼块640中的各组建筑物区段图形。如果拼块的数量超过伪随机序列的长度，则处理器108返回到序列的开始，以选择图形索引号和每个拼块类型所关联的建筑物区段图形。例如，在图6中，四位伪随机序列636包括用于不同建筑物区段图形的索引值2、3、1、2。在拼块640中，处理器108为四个拼块分配值2、3、1、2，并且针对第五拼块返回到伪随机序列中的第一值（2）。处理器108使用区域的地理坐标来标识区域中的拼块的相同伪随机序列，以使得系统100能够在系统100的操作期间呈现区域内的一致的一组程序生成建筑物图形。

当处理器108生成包括被街道包围的三维虚拟环境的区域内的程序生成建筑物的3D虚拟环境的图形描绘时，过程200继续（框224）。在系统100中，CPU 112和GPU 116基于3D虚拟环境和街道网络数据124来生成3D虚拟环境的图形描绘。处理器108还使用用于每个拼块类型的建筑物区段数据和一组建筑物区段图形中的伪随机索引在用于被街道网络包围的每个区域的拼块位置中生成用于所选建筑物区段数据128的图形。系统100生成包括处理器108经由显示设备144针对图形输出渲染的每个标识区域的程序生成建筑物的图形。

图7和图8包括3D虚拟环境内的程序生成建筑物的说明性图形描绘。图7包括在不同时间和天气条件期间的3D虚拟环境的四个图形描绘704、714、724和734，诸如白天时间（704）、夜晚时间（714）、冬季下雪条件期间（724）。在处理器108中，时钟118提供时间信息，该时间信息使得能够实现与系统100外部的物理环境中的一天中时间和一年中时间对应的三维虚拟环境中的图形的生成。如视图704中描绘的，两个区域706A和706B都被3D虚拟环境内的街道包围。系统100为区域706A和706B中的每个内的建筑物执行程序生成过程200，以生成对于区域706A和706B两者不同的建筑物集合。如上所述，用于建筑物区段生成的伪随机过程使得系统100能够在系统100的不同操作时间重新产生用于每个区域的相同的建筑物集合。因此，在显示器714中，区域716A和716B包括在显示器704中描绘的相同建筑物，但系统100应用照明效果或改变外观纹理以描绘在夜晚而不是白天期间的建筑物。类似地，显示器724的区域726A和726B包括显示器704和714中的相同建筑物区段，但具有描绘冬季期间的程序生成建筑物的附加图形效果。

图8图示了GPU 118可以例如使用实现图形效果的可编程着色器应用于单个建筑物区段804并将一个或多个纹理应用于建筑物图形模型以修改3D虚拟环境的区域内的单个建筑物的视觉描绘的不同图形效果。例如，在一个实施例中，处理器118标识片段着色器的颜色参数，以基于以下公式将纹理应用于适应不同照明条件的建筑物区段：f（颜色）= T_day×（1.0-α）+ T_night ×α，其中T_day是白天期间用于建筑物区段804的外部的第一纹理，T_night是在夜晚使用的第二纹理，并且α是基于3D虚拟环境中的一天中时间和其他照明条件数据从全日光（a = 0.0）到全黑暗（a = 1.0）变化的参数。在系统100中，处理器100使用时钟118来标识一天中时间并且可选地标识与不同季节对应的一年中时间。图8描绘了针对不同的a值并且使用用于建筑物804的不同组的纹理在晴天（804）、在夜晚（812）以及在下雪天（816）描绘的相同建筑物模型804。在一些实施例中，处理器108还经由网络设备152从外部气象服务接收天气条件数据，以使得系统100能够基于每个区域中的当前天气条件将图形效果应用于不同区域。

如上所述，系统100基于三维虚拟环境内的街道网络的布局来标识接收程序生成建筑物图形的三维虚拟环境内的区域。图3描绘了使用系统100标识街道网络内的区域的过程300。在下面的讨论中，对执行功能或动作的过程300的引用是指处理器执行所存储的程序指令以执行与图形显示系统中的其他组件相关联的功能或动作的操作。为了说明的目的，结合图1的系统100和图4的描绘来描述过程300。

当处理器108从3D虚拟环境数据124标识街道网络中的交叉点时，过程300开始（框304）。如上所述，3D虚拟环境数据包括标识街道的数据集，其包括3D虚拟环境中的街道的尺寸和形状以及街道之间的交叉点。这些数据通常用于导航应用中以将人或车辆路由到目的地。处理器108随后在交叉点之间生成有向图（框308）。在图4中描绘的一个实施例中，处理器108生成具有“半边”的有向图，这也就是说，连接两个交叉点的图中的每个边进一步包括两个半边，每个指向相反的方向。例如，在图4中，有向图408包括由半边458和462连接的交叉点450和454。半边458是从交叉点454到450的第一有向边，而半边462是从交叉点450到交叉点454的第二半边。在过程300期间，系统100在连接的交叉点之间生成两个半边，因为街道的单个区段经常形成街道任一侧上的3D虚拟环境中的两个不同区域的边界。如下所述，每个半边成为两个区域之一的边界的一部分。

当处理器108遍历有向图中的半边以确定围绕3D虚拟环境内接收程序生成的建筑物的区域的街道网络内的环路时，过程300继续。处理器108选择有向图中的第一半边并将半边标记为被访问（框312）。在系统100中，处理器108可选地将布尔值或其他合适的数据值与每个半边相关联，以指示在图遍历过程期间半边是否被处理器108“访问”或处理。在过程300期间，处理器108使用图中的当前被访问半边基于从交叉点延伸的半边的方向选择从先前所选半边的末端处的交叉点起的下一半边（框316）。例如，在图4的图408中，处理器108访问半边458并基于下一半边的角度标识下一半边466，其基于从交叉点最接近逆时针方向转弯的角度。如图4中视觉地描绘的，处理器108尝试左手（逆时针）转弯以选择访问图中的所有半边的每个交叉点处的下一半边。

当处理器108标识新的当前边已被访问时，过程300迭代地继续（框320）。如果半边先前未被访问，则处理器108将当前半边标记为被访问（框328），并且过程300返回到上面参考框316描述的处理以选择下一半边。如果处理器108选择已经被访问的下一半边（框320），则处理器108将从第一半边或在3D虚拟环境中的先前标识区域之后访问的半边访问的所有先前访问半边标识为环绕包括程序生成建筑物的3D虚拟环境中的一个区域，并且处理器108生成围绕与形成围绕区域的半边的道路的形状对应的区域的多边形（框324）。例如，在图4中，处理器108标识形成围绕区域406的环的半边458、466、470和474。处理器108如上所述访问半边直到返回到先前访问半边458，并且半边458连同在初始访问半边458之后访问的所有半边一起形成包围区域406的环。如图412所描绘的，处理器108基于与半边458、466、470和474对应的街道的尺寸和形状来生成边界多边形416。虽然为了说明的目的将半边描绘为直线，但是如果街道不是以直线形成的，则边界多边形可以具有接近于街道中的曲线和其他特征的区段。

当处理器108访问有向图中的附加半边时，过程300继续（框332），其中具有以上参考框316-328描述的处理的附加迭代，以访问有向图中的剩余半边并标识被街道包围的3D虚拟环境的任何附加区域。在访问了图中的所有半边之后，系统100使用围绕所有标识区域而生成的多边形来形成程序生成建筑物，如上面在过程200中所描述的（框336）。在完成过程300之后，系统100可选地将用于每个区域的边界多边形以及标识数据（诸如用于每个区域的位置的坐标）与3D虚拟环境数据124一起存储在存储器120中。因此，系统100可以相对不频繁地执行过程300并且使得高速缓存区域数据可用于过程200，而不必在每次系统100执行过程200时执行过程300。当街道网络数据被更新以反映新的街道布局时或者在车辆或移动电子设备进入具有不同街道网络的新地理区域的情况下，系统100然后仅针对新遇到的街道网络执行过程300。

将理解，上述公开的变体和其他特征和功能或其替代方案可以合期望地组合到许多其他不同的系统、应用或方法中。本领域技术人员随后可以做出也意图被以下权利要求所涵盖的各种目前未预见或未预期的替代方案、修改、变化或改进。

Claims (12)

1.一种用于生成三维虚拟环境中的与多个建筑物对应的图形的方法，包括：

利用处理器标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域；

利用处理器生成区域内的多个拼块的二维布置，每个拼块对应于存储在存储器中的多个建筑物区段图形中的建筑物区段图形的子集；

利用处理器基于存储在存储器中的伪随机索引值阵列来标识用于多个拼块中的每个拼块的建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形，每个索引值对应于建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形；和

利用处理器和显示设备基于多个拼块的二维布置和针对多个拼块中的每个拼块所标识的一个建筑物区段图形来生成包括区域中的多个建筑物的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘，

其中，生成区域内的多个拼块的二维布置还包括：

利用处理器基于与多个拼块的二维布置中的另一拼块邻近的多个拼块中的每个拼块的侧的布置来向多个拼块中的每个拼块分配类型代码，其中类型代码具有指示拼块的对应侧与拼块的二维布置内的另一拼块相邻的值，和用于特定侧的值，所述用于特定侧的值指示与拼块相关联的建筑物区段具有用于特定侧上的建筑物的外部面的图形；和

利用处理器基于类型代码来标识与每个拼块对应的建筑物区段图形的子集。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用处理器标识三维虚拟环境中的区域的矩形部分；和

利用处理器生成仅在区域的矩形部分内的多个拼块的二维布置。

3.根据权利要求2所述的方法，生成多个拼块的二维布置还包括：

利用处理器生成包括具有第一尺寸的第一多个拼块和具有第二尺寸的第二多个拼块的区域的矩形部分内的二维布置，第一尺寸大于第二尺寸，并且第二多个拼块形成在不能包括第一尺寸的附加拼块的区域的矩形部分的边缘中。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用处理器标识3D虚拟环境内的区域的坐标；和

利用处理器基于坐标从来自存储器的多个伪随机索引值阵列检索伪随机索引值阵列。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，标识三维虚拟环境中的区域还包括：

利用处理器基于存储在存储器中的三维虚拟环境数据来标识三维虚拟环境中的多个街道和多个街道之间的多个交叉点；

利用处理器生成有向图，其包括由多个街道中的街道连接的形成多个交叉点中的每对交叉点的两个半边；和

基于包围区域的有向图中的半边的一部分中的环来标识三维虚拟环境中的区域。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

利用处理器基于包围多边形的有向图中的半边所对应的三维虚拟环境中的多个街道来生成围绕区域的边界多边形；和

利用处理器生成边界多边形内的多个拼块的二维布置。

7.一种图形显示系统，包括：

显示设备；

存储器，其被配置成存储数据，所述数据对应于：

包括多个街道的三维虚拟环境；和

用于三维虚拟环境中的建筑物的多个建筑物区段图形；和

处理器，其可操作地连接到存储器和显示设备，所述处理器被配置成：

标识被三维虚拟环境内的多个街道包围的三维虚拟环境中的区域；

生成区域内的多个拼块的二维布置，每个拼块对应于多个建筑物区段图形中的建筑物区段图形的子集；

基于存储在存储器中的伪随机索引值阵列来标识用于多个拼块中的每个拼块的建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形，每个索引值对应于建筑物区段图形的子集中的一个建筑物区段图形；和

利用显示设备基于多个拼块的二维布置和针对多个拼块中的每个拼块所标识的一个建筑物区段图形来生成三维虚拟环境的图形描绘，所述图形描绘包括区域中的多个建筑物，

其中，生成区域内的多个拼块的二维布置还包括：

基于与多个拼块的二维布置中的另一拼块邻近的多个拼块中的每个拼块的侧的布置来向多个拼块中的每个拼块分配类型代码，其中类型代码具有指示拼块的对应侧与拼块的二维布置内的另一拼块相邻的值，和用于特定侧的值，所述用于特定侧的值指示与拼块相关联的建筑物区段具有用于特定侧上的建筑物的外部面的图形；和

基于类型代码来标识与每个拼块对应的建筑物区段图形的子集。

8.根据权利要求7所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识三维虚拟环境中的区域的矩形部分；和

生成仅在区域的矩形部分内的多个拼块的二维布置。

9.根据权利要求8所述的系统，所述处理器还被配置成：

生成包括具有第一尺寸的第一多个拼块和具有第二尺寸的第二多个拼块的区域的矩形部分内的二维布置，第一尺寸大于第二尺寸，并且第二多个拼块形成在不能包括第一尺寸的附加拼块的区域的矩形部分的边缘中。

10.根据权利要求7所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识3D虚拟环境内的区域的坐标；和

基于坐标从来自存储器的多个伪随机索引值阵列检索伪随机索引值阵列。

11.根据权利要求7所述的系统，所述处理器还被配置成：

基于存储在存储器中的三维虚拟环境数据来标识三维虚拟环境中的多个街道和多个街道之间的多个交叉点；

生成有向图，其包括由多个街道中的街道连接的形成多个交叉点中的每对交叉点的两个半边；和

基于包围区域的有向图中的半边的一部分中的环来标识三维虚拟环境中的区域。

12.根据权利要求11所述的系统，所述处理器还被配置成：

基于包围多边形的有向图中的半边所对应的三维虚拟环境中的多个街道来生成围绕区域的边界多边形；和

生成边界多边形内的多个拼块的二维布置。