CN1645056A - 转换地图数据坐标值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转换地图数据坐标值的方法，其中通过不使用三维图形库和附加存储空间转换构成地图的对象的二维坐标值在屏幕上显示三维效果。在该方法中，包括参考位置的特定区域的二维地图数据从地图数据存储单元中装载，然后相对于参考位置和从参考位置查看二维地图数据的视线移动；确定以移动的二维地图数据的中心位置为原点的XY坐标系，并且构成二维地图数据的对象的坐标值转换成XY坐标系内的坐标值；通过二维地图数据的XY坐标转换获得的Y轴坐标值以根据Y轴坐标值确定的缩小率按缩小比例尺转换，在具有缩小的Y轴坐标值的数字地图中的对象的X轴坐标值根据预定的X轴坐标值转换函数按放大或缩小比例尺转换，从而在屏幕上显示表现三维效果的地图。

Description

转换地图数据坐标值的方法

技术领域

本发明涉及转换地图数据坐标值的方法，其中在不使用三维图形库和附加存储空间的情况下，通过转换二维地图数据的X轴和Y轴坐标值从而在屏幕上显示三维效果。

背景技术

导航系统使用构成全球定位系统(GPS)的多个GPS卫星发送的导航信息和使用来自安装在车辆上的传感器，包括陀螺仪传感器和速度传感器的检测信号检测当前车辆的位置，并将检测的当前车辆的位置与地图数据匹配，从而当前车辆的位置能显示在屏幕上。此外，导航系统提供根据交通信息等搜寻从检测的当前车辆的位置到用户输入的目的地之间最短距离的行驶路径(travel path)，具有最短行驶时间的行驶路径，和引导车辆沿着搜寻的行驶路径行驶的功能。

在该导航系统中，为了在检测的当前车辆位置匹配成地图数据之后将当前车辆位置与地图一起显示在屏幕上或为了引导车辆行驶同时使用户能观看从当前车辆位置到目的地的车辆行驶路径，在当前车辆位置和目的地周围的地图应该显示在屏幕上。

在屏幕上显示地图时，存储在存储器中的二维地图数据不是原样显示在屏幕上，而是转换成鸟瞰的三维地图数据，随后在屏幕上显示。这为用户提供了关于周围地区地形的更加逼真的信息。

为此，如图1b所示，在传统技术中将Z轴添加到图1a所示的具有X和Y轴坐标的二维地图数据以定义三维虚拟空间，并且构成二维地图数据的各个对象(object)的二维坐标P(x，y)被转换成三维坐标P(x，y，z)(Z轴坐标值z通常设为0)。然后，具有转换的三维坐标的全部地图数据以在相同方向倾斜的状态显示在屏幕上，接着包括建筑物的三维对象在已显示在屏幕上的三维地图上显示。

然而，由于这种传统的技术要求使用依赖于硬件的附加三维图形库将二维地图数据转换成三维地图数据，在嵌入式系统中的高级应用的可移植性很低并且需要用于存储操作数据的额外空间。

此外，当用户观看简单地通过设定将转换成三维地图数据的二维地图数据的各个对象的Z轴坐标值并且同时以在相同方向倾斜的状态显示该三维地图数据而获得的三维地图时，用户也许比他/她观看二维地图时更加困惑。也就是说，在三维地图中，靠近观察点的区域以放大比例尺显示，而远离观察点的区域以缩小比例尺显示。

然而，传统技术是简单地通过为二维地图数据的对象设定Z轴坐标值并以倾斜状态显示获得的三维地图数据来表现三维效果。因此，由于所有靠近和远离观察点的地区以相同比例尺显示，所以用户也许在准确地确定在三维地图上显示的某对象的位置时感到迷惑。

而且，由于传统技术具有导致低处理速度的大量计算并要求用于存储操作数据的额外空间，所以存在该技术不能应用于譬如其内安装有限计算能力的中央处理单元的移动通讯终端的移动设备的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种转换地图数据坐标值的方法，其中在不使用额外三维图形库和附加存储空间的情况下，仅通过转换二维地图数据的各个对象的X轴和Y轴坐标值而在屏幕上显示三维效果。

本发明的另一个目的是提供一种转换地图数据坐标值的方法，其中简单地通过转换二维地图数据的X轴和Y轴坐标值，即使在安装具有有限性能的中央处理单元的移动设备中也能表现三维效果。

根据为了获得该目的的本发明的一个技术方案，提供了一种转换地图数据坐标值的方法，包括：地图数据装载步骤，通过控制单元从地图数据存储单元中装载二维地图数据；XY坐标转换步骤，定义一个以在地图数据装载步骤中装载的二维地图数据的中心位置为原点的XY坐标系并将构成二维地图数据的对象的坐标值转换成XY坐标系内的坐标值；及坐标值转换步骤，将通过XY坐标转换步骤获得的对象的Y轴坐标值以根据Y轴坐标值预定的缩小率(reduction ratio)按缩小比例尺转换，并通过将它们代入到预定的X轴坐标值转换函数中转换其X轴坐标值。

根据本发明的另一个技术方案，提供了一种转换地图数据坐标值的方法，包括：地图数据装载步骤，通过控制单元从地图数据存储单元中装载包括参考位置的输入区域的二维地图数据；地图数据移动步骤，将在装载步骤中装载的二维地图数据的坐标值相对于参考位置和从该参考位置观看二维地图数据的视线进行平移和旋转；XY坐标转换步骤，定义以在地图数据移动步骤中移动的二维地图数据的中心位置为原点的XY坐标系，并将构成二维地图数据的对象的坐标值转换成XY坐标系内的坐标值；及坐标值转换步骤，通过XY坐标转换步骤获得的对象的Y轴坐标值以根据Y轴坐标值规定的缩小率按缩小比例尺转换，并通过将它们代入到预定的X轴坐标值转换函数中转换其X轴坐标值。

在装载步骤和移动步骤中的参考位置可以是从GPS接收机接收的导航信息中或安装在车辆上的传感器单元的检测信号中检测的当前车辆位置，或可以是由用户通过命令输入单元输入的位置。在移动步骤中的视线可以是车辆从参考位置行驶的方向。

在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换可以包括将地图数据沿着Y轴分成Y＞0的区域和Y≤0的区域，为划分区域设定缩小率，从而使高缩小率应用于Y＞0的区域而不是Y≤0的区域，并以设定的缩小率按缩小比例尺转换多个对象的Y轴坐标值的步骤。

在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换可以包括将地图数据沿着Y轴分成多个相同区域，设定分割的区域的缩小率以使高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域，并将各个区域内的多个对象的Y轴坐标值以设定的缩小率按缩小比例尺转换的步骤。

在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换可以包括将地图数据沿着Y轴分成多个区域，使得具有较高Y轴坐标值的区域变得更小，为该划分区域设定缩小率以使得较高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域，并以设定的缩小率按缩小比例尺转换多个对象的Y轴坐标值的步骤。

在坐标值转换步骤之后，该方法还可以包括将具有转换的X轴和Y轴坐标值的地图数据输出到一个显示器驱动单元，使该地图数据能在屏幕上显示的步骤。

附图说明

本发明的上述和其他的目的、特征和优点从下面结合附图给出的优选实施例的描述中将会变得很清楚，其中：

图1a和1b是表示传统的转换坐标值方法的图；

图2是示例性地表示应用了本发明的转换坐标值的方法的导航系统配置的方框图；

图3是表示根据本发明的转换坐标值方法的流程图；

图4到6是表示通过按照本发明的转换坐标值的方法转换二维地图数据的X轴和Y轴坐标值的操作的图；及

图7是表示在根据本发明的转换坐标值的方法中得到转换X轴坐标值的转换函数的过程的图。

具体实施方式

下面，参照附图，尤其是图2到图7，详细描述根据本发明的转换地图数据坐标值的方法。

图2是示例性地表示应用了本发明的转换地图数据坐标值的方法的导航系统的配置的方框图。如图所示，该导航系统包括：GPS接收机102，用于接收由GPS卫星100传送的导航信息；命令输入单元104，用于根据用户的操作输入操作命令；传感器单元106，包括安装在车辆上的陀螺仪和速度传感器，以检测车辆行驶的角位移量和其行驶速度；二维地图数据存储单元108，用于预先存储二维地图数据；控制单元110，能控制如下操作：根据由GPS接收机102接收的导航信息和来自传感器单元106的检测信号确定当前车辆位置，根据确定的当前车辆位置读取存储在二维地图数据存储单元108内的特定区域的二维地图数据，转换读取的二维地图数据的坐标值以表现三维效果，将检测的当前车辆位置与转换的坐标值进行匹配，和显示具有转换坐标值的地图数据和当前车辆位置；及显示驱动单元112，用于使具有转换坐标值的地图数据和当前车辆位置在控制单元110的控制下在屏幕114上显示。

如上构造的导航系统的GPS接收机102接收由GPS卫星100传送的导航信息并将其输入到控制单元110中。该传感器单元106按照车辆行驶产生与车辆行驶角位移量和行驶距离成比例的脉冲信号并将该信号输入到控制单元110中。

然后，控制单元110使用从传感器单元106输出的信号确定车辆行驶的角位移量和行驶距离，也使用确定的车辆行驶的角位移量和行驶距离及由GPS接收机102接收的导航信息确定当前车辆位置。

控制单元110根据确定的当前车辆位置从存储在二维地图数据存储单元108内的二维地图数据中读取特定地区的二维地图数据，并根据当前车辆位置和车辆的行驶方向平移和/或旋转构成读取的二维地图数据的对象的坐标。然后，为根据本发明表现三维效果，控制单元110转换对象的X轴和Y轴坐标值，将当前车辆位置与地图数据匹配，并将匹配的当前车辆位置与地图数据一起输出到显示驱动单元112，从而可以显示在屏幕114上。

图3是表示根据本发明的转换坐标值的方法的流程图，通过该方法前述导航系统读取存储在二维地图数据存储单元108内的二维地图数据，转换对象的X轴和Y轴坐标值并使它们在屏幕114上显示以表现三维效果。如图中所示，控制单元110读取存储在二维地图数据存储单元108内的二维地图数据(步骤200)。在读取二维地图数据时，根据由GPS接收机102接收的导航信息和从传感器单元106输出的信号确定的当前车辆位置或由用户通过命令输入单元104输入的特定位置设定为参考位置，并且包括设定的参考位置的特定区域的二维地图数据被读取。

控制单元110平移该读取的二维地图数据，使得能将车辆位置定位在该二维地图数据的中心，并使用车辆的行驶方向作为视线旋转该二维地图数据(步骤202)。然后，将平移的二维地图数据的大小调整到适合将它们显示在屏幕114上的大小(步骤204)。这里，二维地图数据的大小可以根据由用户设定的放大或缩小率进行调整。

如图4a，5a和6a所示，然后控制单元110定义原点P(0，0)在二维地图数据中心的XY坐标系(步骤206)。构成二维地图数据的各个对象的坐标值转换成基于原点P(0，0)的X轴和Y轴坐标值(步骤208)。

构成二维地图数据的对象的Y轴坐标值以根据Y轴坐标值确定的缩小率按缩小比例尺转换(步骤210)。对象的X轴坐标值根据预定的转换函数按放大或缩小比例尺转换(步骤212)。

对象的X轴和Y轴坐标值已经转换的地图数据调整到与屏幕114的大小相适，然后输出到显示驱动单元112，从而具有三维效果的地图能在屏幕114上显示(步骤214)。

即，二维地图数据在屏幕上显示为具有三维效果的地图的情况下，靠近观察点的区域应该按放大比例尺显示，而远离观察点的区域应该按缩小比例尺显示。

因此，根据本发明，为靠近观察点的区域，即具有较小的二维地图数据Y轴坐标值的对象，设定小的缩小率，而为具有较大Y轴坐标值的对象设定高的缩小率。基于设定的缩小率，构成二维地图数据的对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换。

这里，Y轴坐标值的缩小能通过各种方法完成。

例如，对于图4a显示的二维地图数据，Y轴坐标值满足‘Y＞0’的区域401缩小到其原始大小的1/2倍，Y轴坐标值满足‘Y≤0’的区域403缩小到其原始大小的2/3倍，如图4b所示。

对于图5a所示的二维地图数据，进行分割以获得多个随着地图数据的Y轴坐标值的增加而Y轴坐标值顺序减少的Y轴坐标值的分割区域501、503、505、507和509。随着地图数据的Y轴坐标值增加，为多个区域501、503、505、507和509设定顺序升高的缩小率，使得Y轴坐标值能如图5b所示缩小。也就是说，区域501、区域503、区域505、区域507和区域509分别缩小为它们原始大小的1/2倍、2/3倍、3/4倍、4/5倍和5/6倍。

此外，根据本发明，如图6a所示，多个区域601、603、605和607沿着Y轴均匀地分割。随着地图数据Y轴坐标值的增加，为该多个分割区域601、603、605和607设定顺序升高的缩小率，使得Y轴坐标值能如图6b所示缩小。也即，区域601、区域603、区域605和区域607分别缩小为它们原来大小的1/2倍、2/3倍、3/4倍和4/5倍。

当构成二维地图数据的对象的Y轴坐标值已经完全按缩小比例尺转换时，在二维地图数据中具有较高Y轴坐标值的上部区域应该沿着X轴缩小，而具有较小Y轴坐标值的下部区域应该沿着X轴放大，使得均匀地沿着X轴靠近观察点的区域能按放大比例尺显示而远离观察点的区域能按缩小比例尺显示。在本发明中，用于转换二维地图数据的X轴坐标值的X轴坐标转换函数预先设定。构成二维地图数据的各个对象的X轴坐标值按照设定的X轴坐标转换函数转换(步骤212)。

下面对转换对象的X轴坐标值的过程进行详细描述。

如图7所示，首先对用于根据Y轴坐标值以预定的比率对构成二维地图数据的各个对象的X轴坐标值按放大或缩小比例尺转换的参考点A(a，b)＝(Xa/2，Ya/2)的坐标进行设定。

假定与参考点A(a，b)的坐标相交并平行于Y轴的线是L₁和与参考点A(a，b)的坐标相交并具有预定斜率的线是L₂。

当用于将线L₁转换成L₂的转换函数应用于在XY平面上存在的所有对象的各个X轴坐标值上时，以矩形形式表示在图4b、5b和6b中的地图数据能转换成表示在图4c、5c和6c中的两侧对称梯形形式的地图数据。

在本发明中，用于转换对象的X轴坐标值的X轴坐标转换函数B(x，y)定义为如下的方程式1：

$B(x,y)=(\frac{4b-y}{3b},y)...\left(1\right)$

其中b是参考点A的Y轴坐标值。

现在对导出转换函数B(x，y)的过程进行描述。

具有预定斜率并与参考点A(a，b)的坐标相交的图7的线L₂能表示为如下方程式2：

Y₂＝mX₂+n                                   ......(2)

其中假定Y轴和线L₂之间的交点的Y轴坐标值是4b，则斜率m是-3b/a和Y轴截距n是4b。

当转换XY平面上任意点的坐标值使得能以存在于线L₁上的任意点P₁(X₁，Y₁)的坐标值转换成存在于线L₂上的点P₂(X₂，Y₂)的坐标值的相同方式表现三维效果，转换的坐标值表示为如下的方程式3：

$X_2=\frac{1}{m}(Y_2-n)$

Y₂＝Y₁                                       ......(3)

由于在方程式3中Y轴坐标值没有改变，仅仅应用了X轴坐标值的变化。

因此，在将其应用到比例表达式譬如如下方程式4时，能获得X轴坐标值的变化率。

$X_1:X_2=x_1:x_2\⇒x_2=\frac{X_2}{X_1}\·x_1...\left(4\right)$

其中由于X₁＝a，X₂＝1/m(Y₂-n)，Y₂＝y，m＝(-3b/a)和n＝4b，方程4变成如下方程式5：

$x_2=\frac{1}{a}\×-\frac{a}{3b}\×(y-4b)\×x_1=\frac{4b-y}{3b}\×x_1...\left(5\right)$

因此，得到转换函数B(x，y)＝((4b-y)/3b，y)。当转换函数B(x，y)应用于构成地图数据的各个对象的X轴坐标值时，如在图4b、5b和6b中所示的矩形形式的地图数据转换成表示在图4c、5c和6c中的两侧对称梯形形式的地图数据。

如上所述，本发明通过不使用额外的图形库或附加存储空间的简单转换来转换二维地图数据的坐标值从而表现三维效果。因此，本发明甚至能容易地应用于安装有具有有限能力的中央处理单元的移动设备等，从而能简单地转换和显示二维地图数据以表现三维效果。

同时，虽然本发明已经结合优选实施例进行了解释和描述，但是本领域的技术人员应该容易理解在不脱离由所附权利要求限定的本发明的宗旨和范畴的情况下可以对本发明作出各种改编和改变。例如，虽然本发明已经通过实施例描述了按缩小比例尺转换对象的Y轴坐标值和随后根据X轴坐标值转换函数按放大或缩小比例尺转换其X轴坐标值，但是本发明不局限于此。本发明可以以各种方法实施，包括首先根据X轴坐标值转换函数按放大或缩小比例尺转换对象的X轴坐标值，然后按缩小比例尺转换其Y轴坐标值的方法。

Claims (15)

1、一种转换地图数据坐标值的方法，包括：

地图数据装载步骤，通过控制单元从地图数据存储单元中装载二维地图数据；

XY坐标转换步骤，定义以在地图数据装载步骤中装载的二维地图数据的中心位置为原点的XY坐标系，并将构成二维地图数据的对象的坐标值转换成XY坐标系内的坐标值；及

坐标值转换步骤，以根据Y轴坐标值确定的缩小率按缩小比例尺对通过XY坐标转换步骤获得的对象的Y轴坐标值进行转换，并通过将它们代入到预定的X轴坐标值转换函数中转换其X轴坐标值。

2、如权利要求1所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括下列步骤：

沿着Y轴将地图数据分成Y＞0和Y≤0的区域；

为该分割区域设定缩小率，使得较高缩小率应用于Y＞0的区域而不是Y≤0的区域；及

以设定缩小率对多个对象的Y轴坐标值按照缩小比例尺进行转换。

3、如权利要求1所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括如下步骤：

沿着Y轴将地图数据分成多个均匀的区域；

为该分割区域设定缩小比率，使得较高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域；及

以设定的缩小率对各个区域内的多个对象的Y轴坐标值按缩小比例尺进行转换。

4、如权利要求1所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括如下步骤：

沿着Y轴将地图数据分成多个区域，使得具有较高Y轴坐标值的区域变得更小；

为该分割区域设定缩小率，使得较高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域；及

以设定的缩小率对多个对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换。

5、如权利要求1所述的方法，其中在坐标值转换步骤中的X轴坐标值转换函数是如下方程式1：

$B(x,y)=(\frac{4b-y}{3b},y)......\left(1\right)$

其中B(x，y)是X轴坐标值转换函数，b是用于产生X轴坐标值转换函数的参考点的Y轴坐标值。

6、如权利要求1所述的方法，在坐标值转换步骤之后，还包括将具有转换的X轴和Y轴坐标值的地图数据输出到显示驱动单元，从而地图数据能在屏幕上显示的步骤。

7、一种转换地图数据坐标值的方法，包括：

地图数据装载步骤，通过控制单元从地图数据存储单元中装载包括参考位置的输入区域的二维地图数据；

地图数据移动步骤，相对于参考位置和从参考位置观看二维地图数据的视线平移和旋转在装载步骤中装载的二维地图数据的坐标值；

XY坐标转换步骤，定义以在地图数据移动步骤中移动的二维地图数据的中心位置为原点的XY坐标系，并将构成二维地图数据的对象的坐标值转换成XY坐标系内的坐标值；及

坐标值转换步骤，以根据Y轴坐标值确定的缩小率将通过XY坐标转换步骤获得的对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换，并通过将它们代入到预定的X轴坐标值转换函数中转换其X轴坐标值。

8、如权利要求7所述的方法，其中在装载步骤和移动步骤中的参考位置是从GPS接收机接收的导航信息或从安装在车辆上的传感器单元的检测信号中检测的当前车辆位置。

9、如权利要求7所述的方法，其中在装载步骤和移动步骤中的参考位置是由用户通过命令输入单元输入的位置。

10、如权利要求7所述的方法，其中在移动步骤中的视线是车辆从参考位置行驶的方向。

11、如权利要求7所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括如下步骤：

沿着Y轴将地图数据分成Y＞0和Y≤0的区域；

为分割区域设定缩小率，使得较高缩小率应用于Y＞0的区域而不是Y≤0的区域；及

以设定的缩小率将多个对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换。

12、如权利要求7所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括如下步骤：

沿着Y轴将地图数据分成多个均匀的区域；

为该分割区域设定缩小率，使得较高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域；及

以设定的缩小率将各个区域内的多个对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换。

13、如权利要求7所述的方法，其中在坐标值转换步骤中Y轴坐标值的转换包括如下步骤：

沿着Y轴将地图数据分成多个区域，使得具有较高Y轴坐标值的区域变小；

为该分割区域设定缩小率，使得较高缩小率应用于具有较高Y轴坐标值的区域；及

以设定的缩小率将多个对象的Y轴坐标值按缩小比例尺转换。

14、如权利要求7所述的方法，其中在坐标值转换步骤中X轴坐标值转换函数是如下方程式1：

$B(x,y)=(\frac{4b-y}{3b},y)......\left(1\right)$

其中B(x，y)是X轴坐标值转换函数，b是用于产生转换函数的参考点的Y轴坐标值。

15、如权利要求7所述的方法，在坐标值转换步骤之后，还包括将具有转换的X轴和Y轴坐标值的地图数据输出到显示驱动单元，从而地图数据能在屏幕上显示的步骤。

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