CN110276835A

CN110276835A - 用于高效建筑覆盖区确定的方法和设备

Info

Publication number: CN110276835A
Application number: CN201910187646.8A
Authority: CN
Inventors: 张�成; L.邹; L.任; Z.戴
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-09-24
Also published as: JP2019164787A; DE102019203413A1; US10553025B2; US20190287300A1; JP7368950B2

Abstract

提供了用于高效建筑覆盖区确定的方法和设备。公开了用于确定3D结构的覆盖区的方法和设备。所述方法包括：接收针对3D结构的网格数据，所述3D结构包括形成3D结构的多边形的顶点和边；通过以下操作来确定包括候选节点和候选线的连接图：（i）标识具有小于阈值高度值的顶点的所有边，以及（ii）将所标识的边及其顶点映射到2D平面上；确定邻接列表，其针对每个候选节点指示哪些其他候选节点通过候选线连接到候选节点；以及基于连接图和邻接列表生成3D结构的覆盖区，所述覆盖区包括对应于候选节点的选择的顶点并且包括对应于候选线的选择的边。

Description

用于高效建筑覆盖区确定的方法和设备

技术领域

本文档中公开的方法和设备涉及三维渲染，并且更具体地，涉及基于三维建筑数据的二维建筑覆盖区的高效确定。

背景技术

除非本文另有指示，否则本章节中描述的材料并非对于本申请中的权利要求而言是现有技术并且并不因为包括于本章节中而被承认是现有技术。

很多现代软件应用将对象和场景的三维表示作为用户接口的部分而显示。三维（3D）图形被用在包括视频游戏、仿真、虚拟现实应用、地理空间信息应用以及用于绘制地图和导航的应用的宽广范围的应用中。在很多应用中，3D图形在描绘真实世界环境和位置方面比二维（2D）图形更有用，这是因为人类与真实世界之间的自然交互发生在三个维度中。

3D图形典型地被生成为形成3D虚拟环境中的对象和其他结构的形状的多个多边形。在现代3D图形中，最终显示通常包括超出多边形的简单渲染的附加图形细节，以提供附加的细节和真实感。具体地，现代3D图形通常包括许多图形效果，所述图形效果包括但不限于处理器应用于多边形以显示3D环境的照明效果、纹理和阴影效果。例如，渲染的多边形典型地接收一个或多个纹理，所述纹理仿真真实世界中的材料（诸如木材、石材、金属、布料和很多其他材料）的外观。场景的外观也受到照亮场景并形成针对阴影效果的基础的虚拟光源的严重影响。最后，由于大部分计算设备仅显示具有二维（2D）显示的图形，因此3D图形被转换为栅格化的2D像素阵列以供显示。2D显示器以类似于相机如何拍摄真实世界中的3D场景的2D照片的方式来描绘3D场景的部分。

针对3D图形的一个特别有用的应用是在3D导航地图应用中，诸如智能电话、平板计算机和车载信息娱乐系统上可用的那些应用。3D建筑网格数据通常被提供为针对这类3D导航地图应用的数据集。图1图示了由3D导航地图应用用于渲染3D建筑12的示例性多边形网格10。然而，在这类3D导航地图应用中使用的数据集通常不包括针对3D建筑的2D覆盖区，或者仅提供针对一些3D建筑的过度简化的2D覆盖区。2D覆盖区由于若干特征而在3D导航地图应用中非常有用。

然而，2D覆盖区的准确确定面临若干挑战。首先，方法一般需要在运行时在具有相对弱处理能力的硬件上并利用现有数据集（诸如可以是商业上可用的那些）工作，以便不在编译数据集中引入附加的努力并且最小化对现有数据集更新过程的影响。然而，很多覆盖区生成方法或是高效且不准确的或是准确且不高效的，使得在准确性和性能之间存在折衷。其次，方法一般需要与包含分离的建筑的输入数据一起工作。然而，很多现有方法无法处理包含分离的建筑的输入数据。因此，提供既准确又高效的确定2D覆盖区的方法将是有利的。此外，如果所述方法可以处理包含分离的建筑的输入数据，则将是更有利的。

发明内容

公开了一种用于确定虚拟环境中的三维（3D）结构的二维（2D）覆盖区的方法。所述方法包括以下步骤：利用处理器接收针对至少一个3D结构的网格数据，所述网格数据包括通过多个边连接以形成多个多边形的多个顶点的位置，所述多个多边形形成所述至少一个3D结构；利用处理器通过以下操作来确定包括多个候选节点和多个候选线的连接图：（i）标识多个边中具有小于阈值高度值的顶点的所有边，以及（ii）通过将所标识的边及其顶点映射到2D平面上来确定多个候选线和多个候选节点；利用处理器确定邻接列表，所述邻接列表针对多个候选节点中的每个候选节点指示多个候选节点中的哪些其他候选节点通过多个候选线中的候选线连接到相应候选节点；以及利用处理器基于连接图和邻接列表，生成所述至少一个3D结构的覆盖区，所述覆盖区包括对应于来自多个候选节点的所选择的候选节点组的顶点并且包括对应于来自多个候选线的所选择的候选线组的边。

还公开了一种图形显示系统。所述图形显示系统包括：显示设备；存储器；以及操作性地连接到显示设备和存储器的处理器。处理器被配置为：接收针对至少一个三维（3D）结构的网格数据，所述网格数据包括通过多个边连接以形成多个多边形的多个顶点的位置，所述多个多边形形成所述至少一个3D结构；通过以下操作来确定包括多个候选节点和多个候选线的连接图：（i）标识多个边中具有小于阈值高度值的顶点的所有边，以及（ii）通过将所标识的边及其顶点映射到二维（2D）平面上来确定多个候选线和多个候选节点；确定邻接列表，所述邻接列表针对多个候选节点中的每个候选节点指示多个候选节点中的哪些其他候选节点通过多个候选线中的候选线连接到相应候选节点；以及基于连接图和邻接列表，生成所述至少一个3D结构的覆盖区，所述覆盖区包括对应于来自多个候选节点的所选择的候选节点组的顶点并且包括对应于来自多个候选线的所选择的候选线组的边。

附图说明

在结合附图取得的以下描述中解释了所述方法和设备的前述方面和其他特征。

图1示出了示例性多边形网格和对应渲染的3D建筑。

图2是被配置为确定3D建筑的二维（2D）覆盖区的计算设备的示意图。

图3示出了用于确定虚拟环境中的3D结构的覆盖区的方法。

图4示出了使用图3的方法确定的针对示例性3D结构的覆盖区。

图5图示了可以由图3的方法使用的示例性网格数据表示。

图6示出了用于确定连接图的示例性过程。

图7图示了初始化连接图的示例性简化。

图8图示了对图7的简化连接图的示例性校正。

图9示出了图8的经校正连接图的示例性完成。

图10示出了针对图9的完成的连接图的示例性邻接列表。

图11示出了用于基于连接图和邻接列表生成至少一个3D结构的2D覆盖区的示例性过程。

图12示出了根据图9的完成的连接图的2D覆盖区的示例性确定。

图13示出了所生成2D覆盖区的示例性后处理。

具体实施方式

出于促进对本公开原理的理解的目的，现在将参考在附图中图示并在以下撰写的说明书中描述的实施例。应理解，没有因此限制本公开的范围的意图。还应理解，如本公开所涉及领域的技术人员通常会想到的，本公开包括对所说明的实施例的任何更改和修改并包括本公开的原理的另外应用。

如本文所使用的，术语“对象”或“3D对象”指代对应于多个顶点的数据，所述多个顶点在虚拟环境中形成多边形以描绘更大虚拟环境中的单个对象的模型。如本文所使用的，术语“结构”或“3D结构”指代具有多边形的对象，所述多边形在3D虚拟环境中定位和取向为站立在地面或地球表面的虚拟表示上。结构的常见示例包括诸如建筑、桥梁、纪念碑和其他人工构造之类的人造对象的表示。自然结构包括树木和植被、悬崖、岩石露头以及对应于自然特征的其他对象的表示。3D虚拟环境中的结构从地面的虚拟表示的表面延伸。限定每个结构的多边形为结构提供形状，并且结构也以预定方式取向来以预期的方式从地面显现。在使用与OpenGL 3D图形标准兼容的软件和硬件的计算设备的一个实施例中，使用旋转矩阵来指定结构的取向以取向结构，其中结构的基部接合地面并且结构中的其他多边形从地面延伸。例如，表示建筑的3D对象包括基部，所述基部对应于接合虚拟环境中的地面的建筑的基础。结构中从地面向上延伸的多边形被称为“墙”，虽然多边形不一定必须描绘建筑的墙。

如本文所使用的，如应用于结构的术语“覆盖区”指代结构中对应于（如以与常规二维地图中相同的方式从高处观看）针对结构的最外坐标的一组多边形顶点，所述一组多边形顶点与对应虚拟环境中的地表面或地平面相交。例如，如果结构是抵靠在虚拟环境的地面上的简单立方体，则覆盖区由如从上方观看的立方体的四个底角和边的位置限定。覆盖区不包括在地水平面上方或下方的最外多边形顶点，诸如形成有如从上方观看从建筑的中心延伸的悬垂和其他凸起但是不接触地面的结构，或诸如形成有延伸超出结构的地水平面范围的地下部分的结构。

计算系统

图2描绘了生成3D虚拟环境的图形显示的计算系统104（其在本文中也可以称为“图形显示系统”），所述图形显示包括地表面（诸如地球表面）的表示，所述地表面的表示具有应用于结构周围的区域和描绘结构的墙的多边形的地面照明纹理或阴影纹理。计算系统104包括处理器108、存储器120、显示器144、可选定位系统148和可选网络设备152。计算系统104的硬件实施例包括但不限于个人计算机（PC）硬件、包括供在机动交通工具中使用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104中，处理器108包括实现中央处理单元（CPU）112和图形处理单元（GPU）116的功能性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），所述片上系统将CPU 112和GPU 116以及包括存储器120、网络设备152和定位系统148的可选其他组件的功能性集成到单个集成设备中。在一个实施例中，CPU是商业上可用的中央处理设备，其实现诸如x86、ARM、Power或MIPs指令集族中的一个的指令集。GPU包括用于2D和3D图形两者的显示的硬件和软件。在一个实施例中，处理器108执行软件驱动程序并包括GPU116中的硬件功能性，以使用OpenGL、OpenGL ES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，所述一个或多个硬件执行单元实现用于2D和3D图形的处理和显示的片段着色器和顶点着色器。在操作期间，CPU 112和GPU116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，所述软件应用程序包括绘制地图和导航应用、虚拟现实应用、游戏应用、仿真应用以及被配置为生成3D图形的任何其他软件。在至少一个实施例中，处理器108执行绘制地图和导航程序，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。通过以下操作来利用软件和硬件功能性配置处理器：将编程指令存储在操作性地连接到处理器的一个或多个存储器中并将硬件功能性操作性地连接到处理器和/或其他电子、机电或机械组件以从传感器或数据源提供数据，来使处理器能够实现下面讨论的过程和系统实施例。

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诸如NAND闪速存储器之类的固态存储器、磁性和光学存储介质、或者当计算系统104被停用或失去电力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），所述静态和动态随机存取存储器在计算系统104的操作期间存储软件以及包括图形数据和地图特征数据的数据。附加于编程指令140，存储器120还包括虚拟环境数据124、结构模型多边形数据128和纹理数据132。虚拟环境数据124包括虚拟环境的模型，其包括地面地形信息、针对定位在虚拟环境中的多个3D对象的坐标和取向数据，以及包括照亮虚拟环境的虚拟光源的附加环境数据。结构模型多边形数据128包括针对由多个多边形形成的三维结构的多个模型。数据包括限定一系列互连的多边形（诸如三角形）的具有三维坐标的顶点，所述一系列互连的多边形形成3D虚拟环境中的结构的形状。处理器108被配置为调整每个结构模型的相对大小和取向以将模型放置在3D虚拟环境中，并且3D虚拟环境可以包括单个结构模型的很多副本和变型。纹理数据132包括典型为2D图像的多个纹理，所述纹理被映射到3D虚拟环境中的结构的表面来为多边形结构模型提供更逼真的外观。

计算系统104包括可选网络设备152，可选网络设备152被配置为通过数据网络（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）适配器之类的有线网络适配器，以及诸如3G或4G无线广域网（WWAN）、802.11或蓝牙无线局域网（WLAN）适配器之类的无线网络适配器。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供在存储器120中存储。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104包括操作性地连接到处理器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104关于固定无线发射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执行绘制地图和导航软件应用，所述绘制地图和导航软件应用从定位系统148检索位置信息以标识计算系统104的地理位置并调整虚拟环境的显示以对应于计算系统104的位置。在导航应用中，处理器108标识计算系统104的位置和移动，用于去往所选择的目的地的路线生成以及在3D虚拟环境中的路线显示。

在计算系统104中，显示器144是与计算系统104的外壳集成的集成显示设备（诸如LCD或其他显示设备），或者显示器144是外部显示设备，所述外部显示设备通过有线或无线接口操作性地连接到计算系统104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104是机载嵌入式计算设备的实施例中，显示器144是定位在交通工具的控制台中的LCD或其他平板显示器，或者显示器144是在交通工具中的挡风玻璃或其他显示表面上显示3D虚拟环境的平视显示器（HUD）或其他投影显示器。

用于高效建筑覆盖区确定的方法

下面描述了用于确定3D结构的覆盖区的各种方法和过程。在所述方法的描述中，所述方法正执行某个任务或功能的陈述指代控制器或通用处理器执行存储在操作性地连接到控制器或处理器的非暂时性计算机可读存储介质中的编程指令，以操控数据或操作计算系统104中的一个或多个组件来执行任务或功能。具体地，上面的处理器108、CPU 112和/或GPU 116可以是这类控制器或处理器，并且执行的程序指令可以是存储在存储器120中的编程指令140。此外，所述方法的步骤可以以任何可行的按时间排列的顺序执行，而不论图中示出的顺序或步骤被描述的顺序如何。

图3示出了用于确定虚拟环境中的3D结构的覆盖区的方法200。方法200通过使处理器108能够执行一组特定规则来高效且准确地确定虚拟环境中的3D结构的覆盖区来改进计算系统104的运作。具体地，方法200使处理器108能够基于针对3D结构的网格数据生成3D结构的高质量覆盖区。所述方法足够高效以用在嵌入式设备和移动设备上，所述嵌入式设备和移动设备具有相对有限处理能力并且使用缺少任何2D覆盖区信息或仅包括过度简化的2D覆盖区信息的3D结构网格数据集。图4示出了使用方法200准确地确定的针对示例性3D结构312的覆盖区310。此外，方法200通过使处理器108能够在输入网格数据包括任何数量的个体分离的3D结构时确定3D结构的覆盖区来改进计算系统104的运作。具体地，图4还示出了使用方法200针对示例性3D结构322准确地确定的覆盖区320，示例性3D结构322包括与主要区段326物理分离的区段324。以该方式，方法200优于在网格数据包括多个分离的3D结构时无法确定覆盖区的很多现有方法。

返回到图3，方法200开始于接收针对至少一个3D结构的网格数据的步骤（块210）。具体地，关于本文详细描述的实施例，处理器108被配置为接收针对至少一个3D结构的网格数据。网格数据包括关于通过多个边连接以形成多个多边形的多个顶点的值，所述多个多边形形成至少一个3D结构。在一个实施例中，处理器108被配置为从存储器120读取网格数据，特别是结构模型多边形数据128。然而，在一些实施例中，网格数据和/或结构模型多边形数据128在根据需要的基础上经由该网络设备152从远程服务器被流式传输到处理器108。

网格数据可以采用很多种形式，利用对应于多边形网格的用于顶点、边等的各种已知数据表示中的任何数据表示，所述多边形网格诸如面-顶点网格、翼-边网格、半边网格、四边网格、角表、顶点-顶点网格和渲染动态网格。图5图示了可以由方法200使用的示例性网格数据表示。具体地，网格数据包括3D顶点位置阵列：[V0；V1；V2；V3]，其中每个顶点由诸如（x，y，z）的位置向量表示。此外，网格数据包括基元索引阵列：[0，1，2，0，2，3]，所述基元索引阵列指示如何从顶点构造基元（在该情况下是三角形）。如在图5的示例中可以看到的，四个顶点V0、V1、V2和V3通过边连接以形成两个三角形。

返回到图3，方法200以基于网格数据确定连接图的步骤继续（块230）。具体地，处理器108被配置为确定多个候选节点和多个候选线，所述多个候选节点和多个候选线中的一些可以形成3D结构的覆盖区的边和顶点。“连接图”包括多个候选节点和多个候选线。在一些实施例中，候选节点和候选线可以对应于至少一个3D结构的多边形与虚拟环境的地平面的相交、对应于至少一个3D结构的多边形与虚拟环境的地平面的近相交（即，边与地面相交或者出现在与地面相交的预限定距离内）和/或对应于具有小于预定高度值的任何部分的多边形的边（即，边接近地面出现、与地面相交或者在地面下方）。在一些实施例中，处理器108被配置为以各种方式简化、校正或以其他方式处理连接图，通常改变候选节点和候选线的数量，以使得能够更高效和有效地执行后续步骤。

图6示出了其中确定连接图的步骤230的示例性实现。步骤230的示例性实现开始于以下步骤：利用多个候选节点和多个候选线初始化连接图，所述多个候选线对应于具有低于预限定阈值高度值或者在距虚拟环境的地面预限定阈值距离内的任何部分的所有边（块232）。具体地，在一个实施例中，处理器108被配置为标识针对至少一个3D结构的网格数据中具有低于预限定阈值高度值的结束位置或顶点的所有边。具体地，由于最终目标是从输入网格数据生成覆盖区，因此不必考虑远离地面上方的边。在另一实施例中，处理器108被配置为标识针对至少一个3D结构的网格数据中具有在距虚拟环境的地面的预限定阈值距离内的任何部分的所有边。具体地，在一些情形下，不需要考虑远在地面下方的边。接下来，处理器108被配置为将所有所标识边及其顶点映射到对应于虚拟环境的地面的2D平面上。处理器108被配置为将多个候选节点初始化为映射到2D平面上的所标识边的顶点，并将多个候选线初始化为映射到2D平面上的所标识边。

图7示出了示例性初始化连接图400，其包括十个候选节点N0至N9和九个候选线L0至L8。具体地，候选线L0在候选节点N0和N1之间延伸，候选线L1在候选节点N1和N2之间延伸，候选线L2在候选节点N2和N3之间延伸，候选线L3在候选节点N3和N0之间延伸，候选线L4在候选节点N4和N5之间延伸，候选线L5在候选节点N5和N6之间延伸，候选线L6在候选节点N6和N7之间延伸，候选线L7在候选节点N7和N4之间延伸，并且候选线L8在候选节点N8和N9之间延伸。

返回到图6，步骤230的示例性实现以以下步骤继续：通过合并彼此靠近的任何候选节点和/或合并基本上彼此平行且彼此靠近的任何候选线来简化连接图（块234）。具体地，处理器108被配置为合并在距彼此预定距离内的任何候选节点和/或合并在距彼此预定距离内并关于彼此在预定角度内的任何候选线。由于所有所标识边都被映射到2D地平面，因此很可能很多候选节点彼此非常接近并且很多候选线基本上是平行的并且彼此非常接近。通过合并这类节点和线，可以大幅简化连接图，从而改进方法200的稍后步骤的效率和准确性。在至少一个实施例中，将要合并的节点或线合并到（如以与常规二维地图中相同的方式从高处观看）要合并的节点或线的最外位置。在另一实施例中，要合并的节点或线被合并到要合并的节点或线的位置的平均。

图7图示了初始化连接图400的示例性简化410。具体地，如可以看到的，候选线L8与候选线L0基本平行并且靠近候选线L0。类似地，候选节点N8和N9分别非常靠近候选节点N0和N1。在简化连接图410中，候选线L8被移除和/或与候选线L0合并。类似地，候选节点N8和N9被移除和/或分别与候选节点N0和N1合并。

返回到图6，步骤230的示例性实现以以下步骤继续：将靠近相应候选线的候选节点移动到相应候选线上，从而将相应候选线分成两个候选线，每个候选线在相应候选节点处具有一端（块236）。具体地，处理器108被配置为将距相应候选线预定距离内的任何候选节点移动到候选线上的最靠近的位置。此外，处理器108被配置为将相应候选线分成两个候选线，每个候选线在被移动的相应候选节点处具有一端。原始3D网格数据集可能包含一些建模误差，诸如两个邻接的多边形不共享相同的边或者多边形以其他方式轻微不对齐。因此，简化连接图将通常在节点和线之间包含一些开放间隙。通过校正连接图中的这些误差，改进方法200的准确性。

图8图示了对简化连接图410的示例性校正420。具体地，如可以看到的，候选节点N4非常靠近候选线L1但不直接位于候选线L1上，这暗示可能的建模误差。在经校正连接图420中，候选节点N4被移动到候选线L1上的最靠近的位置上。此外，在候选节点N1和N2之间延伸的候选线L1被分成两个候选线L8和L9。候选线L8在候选节点N1和被移动的候选节点N4之间延伸。类似地，候选线L9在候选节点N2和被移动的候选节点N4之间延伸。最后，作为针对候选节点N4的新位置的结果，在长度和取向方面调整连接到候选节点N4的候选线L4和L7。

返回到图6，步骤230的示例性实现以以下步骤继续：生成定位在两个候选线的任何相交处的新候选节点，并将相应的两个候选线中的每个分成两个新候选线，每个新候选线在相应的新候选节点处具有一端（块238）。具体地，处理器108被配置为标识彼此相交且在其相交处没有候选节点的任何候选线。接下来，对于每组相交候选线，处理器108被配置为计算相交候选线的相交点并在计算的相交点处生成新候选节点。此外，处理器108被配置为将每个相应的相交候选线分成两个候选线，每个候选线在新创建的候选节点处具有一端。在一个实施例中，处理器108被配置为移除仅连接到单个其他候选节点或者不连接到其他候选节点的任何候选节点，并且还移除连接到被移除的候选节点的候选线。由于这些相交可以是2D覆盖区的顶点，因此如果候选节点被包括在相交处，则连接图更完整，并且从而改进方法200的准确性。

图9示出了经校正连接图420的示例性完成430。具体地，如可以看到的，候选线L6和候选线L9彼此相交，但没有候选节点定位在相交处。在完成的连接图430中，在候选线L6和候选线L9的相交的位置处生成新候选节点N8。此外，在候选节点N2和N4之间延伸的候选线L9被分成两个候选线L10和L11，并且在候选节点N6和N7之间延伸的候选线L6被分成两个候选线L12和L13。候选线L10在候选节点N2和新候选节点N8之间延伸。候选线L11在候选节点N4和新候选节点N8之间延伸。候选线L12在候选节点N6和新候选节点N8之间延伸。最后，候选线L13在候选节点N7和新候选节点N8之间延伸。

返回到图3，方法200以基于连接图确定邻接列表的步骤继续（块250）。具体地，在确定连接图之后，处理器108被配置为针对连接图的每个候选节点确定哪些其他候选节点通过候选线连接到相应节点。在一个实施例中，处理器108被配置为针对连接图的每个候选节点确定哪些候选线包括相应候选节点并然后生成阵列，所述阵列包括针对每个相应候选线中所包括的另一候选节点的索引。“邻接列表”包括与连接图的每个候选节点配对的生成的连接节点阵列。

图10示出了以表500的形式图示的针对完成的连接图的示例性邻接列表。如表500中示出的，确定候选节点N0连接到候选节点N1和N3，候选节点N1连接到候选节点N0和N4，候选节点N2连接到候选节点N3和N8，候选节点N3连接到候选节点N0和N2，候选节点N4连接到候选节点N1、N5、N7和N8，候选节点N5连接到候选节点N4和N6，候选节点N6连接到候选节点N5和N8，候选节点N7连接到候选节点N4和N8，并且候选节点N8连接到候选节点N2、N4、N6和N7。

返回到图3，方法200以基于连接图和邻接列表生成至少一个3D结构的至少一个2D覆盖区的步骤继续（块270）。具体地，处理器108被配置为标识对应于网格数据的至少一个3D结构的2D覆盖区的顶点和边，所标识的顶点和边是基于所确定的邻接列表而从连接图的候选节点和候选线选择的。

图11示出了实现其中标识至少一个3D结构的至少一个2D覆盖区的步骤270的方法。步骤270的示例性实现开始于选择连接图的候选节点作为起始节点的步骤（块272）。具体地，处理器108被配置为选择连接图的一个候选节点以用作初始起始节点n_s。在一个实施例中，处理器108被配置为从连接图中将初始起始节点n_s选择为（如以与常规二维地图中相同的方式从高处观看）最右候选节点。然而，在其他实施例中，处理器108被配置为选择（如以与常规二维地图中相同的方式从高处观看）最左候选节点、最顶部候选节点、最底部候选节点或任何随机最外候选节点作为初始起始节点n_s。在图12中示出的示例中，选择完成连接图430的最右候选节点N3作为初始起始节点n_s。

返回到图11，步骤270的示例性实现以从候选节点选择邻接起始节点的下一节点的步骤继续，下一节点是起始节点最逆时针(most counter-clockwise)的邻接节点，所述起始节点是算法的完成连接图的最右节点（块274）。具体地，处理器108被配置为基于邻接列表确定哪些候选节点邻接初始起始节点n_s。接下来，处理器108被配置为选择从初始起始节点n_s在取向上最逆时针的邻接候选节点作为下一节点n_next。在一个实施例中，处理器108被配置为选择满足以下等式的邻接候选节点：

换言之，对于从邻接节点到初始起始节点n_s的下一节点n_next的每个可能选择，处理器108被配置为对于除了所选择的下一节点n_next之外的所有邻接节点确定：（1）等于下一节点n_next的位置向量减初始起始节点n_s的位置向量的第一中间2D向量与（2）等于相应邻接节点n_p的位置向量减初始起始节点n_s的位置向量的第二中间2D向量的叉积或向量积是否小于零。处理器108被配置为选择其中满足条件的一个邻接节点。该逆时针取向的选择过程从所选择的起始节点开始生成以顺时针旋转移动的节点。在一些实施例中，可以使用顺时针取向的选择过程，并且可以针对顺时针取向的选择适当地修改上面的过程和等式。在图12中示出的示例中，完成连接图430的候选节点N2被选择为从初始起始节点n_s的下一节点n_next。

返回到图11，步骤270的示例性实现以以下步骤继续：继续选择邻接先前选择的节点且是先前选择的节点最逆时针的下一节点（块276），直到所选择的下一节点是起始节点（块278）。具体地，对于每个当前选择的节点n_current，处理器108被配置为基于邻接列表确定哪些候选节点邻接当前选择的节点n_current。接下来，处理器108被配置为选择关于当前选择的节点n_current和先前选择的节点n_prev的取向在取向上最逆时针的邻接候选节点作为下一节点n_next。在一个实施例中，处理器108被配置为选择邻接候选节点使得2D向量和2D向量之间的逆时针取向值O最大。在一个实施例中，根据以下等式计算值O：

换言之，对于从邻接节点到当前选择的节点n_current的下一节点n_next的每个可能的选择，处理器108被配置为计算值O。对于要计算的每个值O，处理器108被配置为计算2D向量和2D向量。接下来，对于要计算的每个值O，如果2D向量V ₁与2D向量V ₀的叉积小于零，则处理器108被配置为将值O计算为向量V ₁的负数与向量V ₀的点积或标量积减一。否则，如果向量V ₁与向量V ₀的叉积不小于零，则处理器108被配置为将值O计算为向量V ₁与向量V ₀的点积或标量积加一。处理器108被配置为选择对于其逆时针取向值O最大的邻接候选节点作为下一节点n_next。处理器108被配置为重复下一节点n_next的选择，直到所选择的下一节点是初始起始节点n_s。在一些实施例中，可以使用顺时针取向的选择过程，并且可以针对顺时针取向的选择适当地修改上面的过程和等式。在图12中示出的示例中，从完成连接图430中的节点选择序列包括N3→N2→N8→N6→N5→N4→N1→N0→N3。当选择过程返回到起始节点N3时，停止选择过程。

返回到图11，一旦节点选择过程已经返回到起始节点，步骤270的示例性实现就以以下步骤继续：生成3D结构的覆盖区，其具有包括所有所选择节点的顶点并且具有包括将每个所选择节点连接到下一所选择节点的候选线的边（块280）。具体地，处理器108被配置为生成针对网格数据的3D结构的覆盖区，所述覆盖区具有在所有所选择候选节点的位置处的顶点并且具有对应于将每个所选择候选节点连接到下一所选择候选节点的候选线的边。在图12中示出的示例中，生成覆盖区440，其具有分别对应于该序列的所选择的候选节点N3、N2、N8、N6、N5、N4、N1和N0的顶点V0-V7，以及分别对应于候选线L2、L10、L12、L5、L4、L8、L0和L3的边E0-E7。

返回到图11，步骤270的示例性实现以以下步骤继续：从连接图中移除作为覆盖区的所选择节点或连接到覆盖区的所选择节点的所有候选节点（块282）。具体地，处理器108被配置为从连接图中移除作为覆盖区的所选择节点或通过一个或多个候选线和节点连接到用于形成覆盖区的所选择候选节点的所有候选节点。在图12中示出的示例中，移除所有候选节点，包括未用于形成覆盖区的候选节点N7，这是因为它连接到用于形成覆盖区的节点。然而，在很多情况下，连接图包括与彼此隔离并且一般对应于网格数据的分离3D结构的候选节点和线的若干簇。

接下来，如果在连接图中存在任何候选节点剩余，则步骤270的示例性实现重复步骤272-282（块284）。具体地，处理器108被配置为检查连接图中是否存在任何剩余候选节点，诸如与所生成的覆盖区包括的节点和线隔离的候选节点和线的簇。如果是，则处理器108被配置为重复上文描述的过程以生成网格数据中的另外的3D结构的另外的覆盖区。

最后，一旦连接图中不存在剩余的候选节点，步骤270的示例性实现就以以下步骤继续：通过移除覆盖区的对应于顶点的重复连接的边来对覆盖区进行后处理（块286）。具体地，处理器108被配置为移除覆盖区中对应于顶点的重复连接的任何边，从而将覆盖区划分为两个或更多个覆盖区。作为示例，图13图示了由顶点序列A→B→C→D→E→F→D→C→A形成的覆盖区600。基于该序列，覆盖区包括边C→D并还包括边D→C。由于两个顶点C和D之间的该连接是重复的，所以从覆盖区中移除对应于该路径的所有边，从而导致其中覆盖区被划分为两个覆盖区——A→B→C→A和D→E→F→D的分解610。

最后，返回到图3，方法200以输出至少一个3D结构的所生成的覆盖区的步骤继续（块290）。具体地，处理器108被配置为输出所生成的覆盖区和/或在存储器中存储所生成的覆盖区。在一个实施例中，处理器108还被配置为使用网格数据的至少一个3D结构的所生成的覆盖区来渲染2D或3D图形。在一个实施例中，处理器108被配置为使用所确定的覆盖区来渲染包括示出为2D覆盖区的3D结构的地图区的2D预览。在一个实施例中，处理器108被配置为使用所确定的覆盖区来渲染情境感知地图可视化解决方案（例如，时间和环境感知）。在一个实施例中，处理器108被配置为使用所确定的覆盖区来执行针对地图区的占用测试。在一个实施例中，处理器108被配置为使用所确定的覆盖区来实现用于渲染软阴影的软阴影仿真。在一个实施例中，处理器108被配置为使用所确定的覆盖区来渲染具有可变显示细节水平的2D或3D图形。

虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本公开，但应当将其视为性质上是说明性的而非限制性的。应理解，仅已给出了优选实施例，并且期望保护落入本公开的精神内的所有改变、修改和另外的应用。

Claims

1.一种用于确定虚拟环境中的三维（3D）结构的二维（2D）覆盖区的方法，所述方法包括：

利用处理器接收针对至少一个3D结构的网格数据，所述网格数据包括通过多个边连接以形成多个多边形的多个顶点的位置，所述多个多边形形成所述至少一个3D结构；

利用处理器通过以下操作来确定包括多个候选节点和多个候选线的连接图：（i）标识多个边中具有小于阈值高度值的顶点的所有边，以及（ii）通过将所标识的边及其顶点映射到2D平面上来确定多个候选线和多个候选节点；

利用处理器确定邻接列表，所述邻接列表针对多个候选节点中的每个候选节点指示多个候选节点中的哪些其他候选节点通过多个候选线中的候选线连接到相应候选节点；以及

利用处理器基于连接图和邻接列表，生成所述至少一个3D结构的覆盖区，所述覆盖区包括对应于来自多个候选节点的所选择的候选节点组的顶点并且包括对应于来自多个候选线的所选择的候选线组的边。

2.根据权利要求1所述的方法，连接图的确定还包括以下操作中的至少一个：

合并多个候选节点中在彼此的预定距离内的候选节点；以及

合并多个候选线中在彼此的预定距离内并且关于彼此处于小于预定角度的候选线。

3.根据权利要求1所述的方法，连接图的确定还包括：

将多个候选节点中距多个候选线中的相应候选线预定距离内的候选节点移动到相应候选线上；以及

将相应候选线分成两个候选线，每个候选线在被移动的候选节点处具有一端。

4.根据权利要求1所述的方法，连接图的确定还包括：

生成定位在多个候选线中的两个相应候选线的相交处的新候选节点；以及

将两个相应候选线中的每个分成两个新候选线，每个新候选线在所生成的新候选节点处具有一端。

5.根据权利要求1所述的方法，连接图的确定还包括：

移除多个候选节点中是以下情况之一的候选节点：（i）仅连接到多个候选节点中的单个其他候选节点，以及（ii）不连接到多个候选节点中的其他候选节点；以及

移除多个候选线中连接到被移除的候选节点的任何候选线。

6.根据权利要求1所述的方法，所述至少一个3D结构的覆盖区的生成还包括：

从多个候选节点选择起始候选节点；以及

从多个候选节点依次选择第一序列候选节点，第一序列候选节点中的第一候选节点连接到起始候选节点，第一序列候选节点中除了第一候选节点之外的每个候选节点连接到第一序列候选节点中的先前相应候选节点，

其中所选择的候选节点组包括由所选择的起始候选节点与所选择的第一序列候选节点形成的第二序列候选节点，以及

其中所选择的候选线组包括多个候选线中依次连接第二序列候选节点的第一序列候选线。

7.根据权利要求6所述的方法，其中第二序列候选节点的候选节点的位置从所选择的起始候选节点开始以顺时针旋转移动。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

利用处理器（i）从连接图的多个候选节点中移除所选择的候选节点组和多个候选节点中连接到所选择的候选节点组的任何候选节点，以及（ii）从连接图的多个候选线中移除所选择的候选线组和多个候选线中连接到所选择的候选线组的任何候选线；以及

响应于在移除之后多个候选节点中有候选节点剩余和多个候选线中有候选线剩余，利用处理器基于连接图和邻接列表，生成所述至少一个3D结构的另外的覆盖区。

9.根据权利要求6所述的方法，所述至少一个3D结构的覆盖区的生成还包括：

从覆盖区中移除边，所述边对应于在依次连接第二序列候选节点的第一序列候选线中重复的候选线。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用处理器使用所述至少一个3D结构的所生成的覆盖区来渲染图形；

在可操作地连接到处理器的显示设备上显示渲染的3D图形。

11.一种图形显示系统，包括：

显示设备；

存储器；以及

操作性地连接到显示设备和存储器的处理器，处理器被配置为：

接收针对至少一个三维（3D）结构的网格数据，所述网格数据包括通过多个边连接以形成多个多边形的多个顶点的位置，所述多个多边形形成所述至少一个3D结构；

通过以下操作来确定包括多个候选节点和多个候选线的连接图：（i）标识多个边中具有小于阈值高度值的顶点的所有边，以及（ii）通过将所标识的边及其顶点映射到二维（2D）平面上来确定多个候选线和多个候选节点；

确定邻接列表，所述邻接列表针对多个候选节点中的每个候选节点指示多个候选节点中的哪些其他候选节点通过多个候选线中的候选线连接到相应候选节点；以及

基于连接图和邻接列表，生成所述至少一个3D结构的覆盖区，所述覆盖区包括对应于来自多个候选节点的所选择的候选节点组的顶点并且包括对应于来自多个候选线的所选择的候选线组的边。

12.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

合并多个候选节点中在彼此的预定距离内的候选节点；以及

13.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

14.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

15.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

移除多个候选线中连接到被移除的候选节点的任何候选线。

16.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

从多个候选节点选择起始候选节点；以及

17.根据权利要求16所述的图形显示系统，其中第二序列候选节点的候选节点的位置从所选择的起始候选节点开始以顺时针旋转移动。

18.根据权利要求16所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

（i）从连接图的多个候选节点中移除所选择的候选节点组和多个候选节点中连接到所选择的候选节点组的任何候选节点，以及（ii）从连接图的多个候选线中移除所选择的候选线组和多个候选线中连接到所选择的候选线组的任何候选线；以及

响应于在移除之后多个候选节点中有候选节点剩余和多个候选线中有候选线剩余，基于连接图和邻接列表生成所述至少一个3D结构的另外的覆盖区。

19.根据权利要求16所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

20.根据权利要求11所述的图形显示系统，处理器还被配置为：

使用所述至少一个3D结构的所生成的覆盖区来渲染图形；

操作显示设备来显示渲染的3D图形。