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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung einer Oberfläche insbesondere für Navigationssysteme für Fahrzeuge oder für andere Anwendungen und eine Vorrichtung hierfür.
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Stand der Technik
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Insbesondere bei Fahrzeugnavigationssystemen wird die dreidimensionale Darstellung der realen Erdoberfläche bzw. eines speziellen Ausschnitts der Erdoberfläche immer wichtiger, um dem Bediener eines solchen beispielsweisen Fahrzeugnavigationssystems eine realistische Ansicht seiner Umgebung oder einer ausgewählten Umgebung beispielsweise auf einem Monitor oder einer Anzeige zu verschaffen. Dazu werden derzeit digitale Geländemodelle für Fahrzeugnavigationssysteme verwendet, die auf einem regelmäßigen Gitter basieren. Dies bedeutet, daß in regelmäßigen Abständen zu Punkten des Gitters Höhenwerte der Erdoberfläche zugeordnet werden, wobei Oberflächenstrukturen innerhalb des Gitters, die nicht auf den Punkten des Gitters liegen, nicht berücksichtigt werden. Dadurch ergibt sich, dass die Wiedergabe Höhenverläufen nur sehr grob ist.
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Darüber hinaus liegt derzeit kein globales digitales Geländemodell vor, wobei die Erdoberfläche derzeit in verschiedene lokale digitale Geländemodelle aufgeteilt ist, wobei jeder Teil einen anderen Teil der Erdoberfläche umfasst und zum Teil ein anderes Gitter aufweist.
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Aus der
DE 198 01 801 A1 ist ein Navigationssystem bekannt, welches, basierend auf der Höheninformation des tatsächlichen Geländes eines Gebietes, stereoskopisch ein Gebiet darstellt und Kartenanzeigekomponenten, wie Straßen, Ortsnamen und dergleichen dazu gibt, um eine stereoskopische Karte auf dem Schirm zu erzeugen, die mit dem tatsächlichen Anblick des Gebietes zusammenpaßt.
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Die
DE 696 28 091 T2 offenbart eine Fahrzeug-Navigationsvorrichtung, welche eine Karte benachbart zu der aktuellen Position eines Kraftfahrzeugs anzeigt und einem Fahrer eine Route von der aktuellen Position zu einem Ziel bereitstellt, und ein Aufzeichnungsmedium, welches ein Programm dafür speichert.
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Aus der
EP 1 054 354 A1 ist ein Verfahren zum Gewinnen einer dreidimensionalen Kartendarstellung für ein Navigationssystem aus zweidimensionalen Straßenkartendaten bekannt, wobei darzustellende Straßensegmente mit dreidimensionalen, topologischen Daten verknüpft werden. Ein Navigationssystem weist eine Umwandlungseinheit zur Umwandlung von zweidimensionalen Straßenkartendaten und von dreidimensionalen topologischen Daten in eine dreidimensionale Kartendarstellung auf.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher eine detailliertere Darstellung einer Oberfläche ermöglicht wird und gegebenenfalls Datensätze unterschiedlicher digitaler Oberflächendaten, wie Geländemodelle, miteinander verbunden werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Figurenliste
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ansicht eines rechtwinkligen regelmäßigen Gitters (RRG-Gitter);
- 2 eine Ansicht eines dreieckigen unregelmäßigen Gitters (DUG-Gitter);
- 3 eine Ansicht eines RRG-Gitters,
- 4 eine Ansicht des Gitters nach 3 mit Triangulation;
- 5 eine Ansicht eines RRG-Gitters mit DUG-Gitter;
- 6 eine Darstellung der Sortierung von Punkten bzw. Datensätzen eines DUG-Gitters;
- 7 eine Tabelle zur Auflistung von Datensätzen von DUG-Gitterpunkten;
- 8 eine Tabelle zur Auflistung von Dreiecken eines DUG-Gitters;
- 9 eine Anwendung einer Kombination von zwei RRG-Gittern mit einem DUG-Gitter; und
- 10 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt ein Gitter 1 als regelmäßiges Gitter, bei welchem die Punkte 2,3,4 des Gitters jeweils so angeordnet sind, dass die jeweiligen nächsten Nachbarn den gleichen Abstand haben und rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wie es die Nachbarpunkte 3,4 von Punkt 2 sind. Die Punkte 2,3,4 liegen also quasi auf einem Gitter, das die Punkte verbindet, mit imaginären Gitterlinien 5,6 bzw. 7,8 gleichen Abstands, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Ein solches Gitter 1 wird auch als rechtwinkliges regelmäßiges Gitter (RRG-Gitter) bezeichnet. Der Abstand der Gitterlinien oder der nächsten Nachbarn definiert den Gitterabstand des Gitters.
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Alternativ dazu kann bei einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren ein Gitter eingesetzt werden, bei welchem der Gitterabstand in den beiden unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich ist, so dass der Abstand der nächsten Nachbarn in verschiedenen Richtungen unterschiedliche groß ist. Vier Gitterpunkte würden dann ein Rechteck bilden. Dabei stehen die Gitterlinien rechtwinklig aufeinander. Auch ein solches Gitter soll im Weiteren als RRG-Gitter angesehen werden.
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In einer weiteren Abwandlung kann auch ein Gitter verwendet werden, bei welchem die Gitterlinien nicht im rechten Winkel zueinander stehen sondern einen von 90 Grad unterschiedlichen Winkel einnehmen, so daß vier Gitterpunkt eine Raute oder ein Trapez bilden. Auch ein solches Gitter soll im Weiteren als RRG-Gitter angesehen werden.
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Die 2 zeigt ein Gitter 10, bei welchem zwischen immer drei Punkten oder Datenpunkten 11,12,13 ein Dreieck 14 bildbar ist, wobei die Seiten 15,16,17 des jeweiligen Dreiecks unterschiedlich lang sind bzw. sein können und die jeweiligen Winkel 18,19,20 des Dreiecks 14 auch unterschiedlich groß sind bzw. sein können. Ein solches Gitter 10 wird auch als dreieckiges unregelmäßiges Gitter (DUG-Gitter) bezeichnet und weist eine Triangulation auf, das heißt, daß zwischen jeweils drei benachbarten Punkten 11,12,13 ein Dreieck 14 definierbar ist, wobei die Flächen der Dreiecke oder die Gesamtfläche der Dreiecke aus den Datensätzen der jeweiligen drei Eckpunkte oder der diesbezüglichen Gesamtheit bestimmbar ist.
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Zur Darstellung einer Oberfläche, wie beispielsweise der Erdoberfläche insbesondere bei Navigationssystemen für Fahrzeuge oder für andere Anwendungen wird die Oberfläche der Erde durch eine Vielzahl von Oberflächenpunkten als Datensätze beschrieben, welchen jeweils eine Breite, eine Länge und eine Höhe zugeordnet werden. Als Referenz für solche Datensätze kann das WGS-84-System verwendet werden, welches als World Geodetic System 1984 bekannt ist.
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Die Erdoberfläche kann dazu weiterhin vorteilhaft in Gruppen von digitalen Geländemodellen aufgeteilt werden, um ein effiziente Speicherung und Datenbehandlung der jeweiligen Datensätze zu erlauben, wenn nur ein Teil der Erdoberfläche dargestellt oder behandelt werden soll. Typischer Weise werden die jeweiligen digitalen Geländemodelle derart aufgeteilt, dass sie eine rechtwinklige Kontur aufweisen und die äußeren Grenzen eine gleiche Länge bzw. eine gleiche Breite aufweisen.
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Um eine möglichst optimierte Beschreibung der Oberfläche z.B. der Erde zu erhalten, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig eine hybride Datenstruktur der Erdoberfläche zu verwenden. Dies ist ebenso günstig für die Speicherung der digitalen Geländemodelle.
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Diese hybride Datenstruktur beinhaltet zumindest ein rechtwinkliges regelmäßiges Gitter (RRG), welches Datensätze von Punkten beinhaltet, die vorzugsweise gleichen Abstand voneinander bzw. zu den nächsten Nachbarn haben und zumindest ein dreieckiges unregelmäßiges Gitter (DUG), welches Datensätze von Punkten beinhaltet, deren Abstand zueinander bzw. zu den nächsten Nachbarn unregelmäßig ist und auf einer Dreiecksstruktur (Triangulation) beruht, wobei die Datensätze jeweils Punkte der Oberfläche der Erde repräsentieren und welchen jeweils eine Höhe zugeordnet ist.
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Dabei wird zumindest ein rechtwinkliges regelmäßiges Gitter (RRG) allgemein benutzt und das zumindest eine dreieckige unregelmäßige Gitter (DUG) wird verwendet um spezielle Bereiche der Oberfläche detaillierter darzustellen bzw. wiederzugeben, für welche das RRG-Gitter nicht ausreichend ist, wie zum Beispiel, wenn die Darstellung oder Wiedergabe von wichtigen und ggfs. feinen Strukturen, wie Tälern, Bergen oder der Verlauf von Straßen in Gebirgsregionen durch das rechtwinklige regelmäßige Gitter (RRG) nicht genügend darstellbar sind. Auch kann mittels eines DUG-Gitters eine Verbindung verschiedener RRG-Gitter erreicht werden.
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3 zeigt, wie das rechtwinklige regelmäßige Gitter (RRG) 50 definiert ist. Das Gitter weist dabei einen Datenpunkt 51 auf, welcher in seiner Lage in der Ebene durch einen Datensatz der Länge und Breite definiert ist, eine Anzahl 52,53 von Gitterpunkten in Längenrichtung und in Breitenrichtung und der Gitterabstand 54,55 bzw. die Gitterauflösung in Längen- und in Breitenrichtung. Durch diese Daten sind alle Punkte des Gitters 50 in der Ebene definiert, so dass lediglich noch die Höhe zu jedem Datensatz eines Punktes jeweils definiert und dem Datensatz hinzugefügt werden muss. Da die Punkte mit ihren Datensätzen gleichmäßig abgespeichert werden, beinhaltet ein Datensatz implizit auch die Information eines Nachbarpunktes in der Ebene. Daher kann die Oberfläche auch durch eine Anzahl von Dreiecken dargestellt werden, wobei diese Information der Dreiecke in dem RRG-Gitter bereits implizit vorhanden ist.
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Die 4 zeigt eine Darstellung 60 eines RRG-Gitters mit einer Triangulation, das heißt, daß zwischen jeweils drei benachbarten Punkten 61,62,63, wie beispielsweise die eines Quadrats eines RRG-Gitters, ein Dreieck 64 definierbar ist, wobei die Flächen des Dreiecks aus den Datensätzen der drei Randpunkte bestimmbar ist. Somit kann auch eine Fläche, welche durch eine Anzahl von Dreiecken definiert und dargestellt ist berechnet werden.
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Für den Fall, dass eine Fläche/Oberfläche durch ein RRG-Gitter darstellbar ist, kann ein Teil der Fläche/Oberfläche auch durch ein DUG-Gitter dargestellt werden, so dass das RRG-Gitter auch zumindest teilweise durch ein oder mehrere DUG-Gitter ersetzbar sind, wenn dies vorteilhaft ist. 5 zeigt eine solche Darstellung einer Fläche 70 mittels eines RRG-Gitters, bei welchem ein DUG-Gitter teilweise verwendet wird. Dabei sind neben den Punkten 71 des RRG-Gitters auch Punkte 72 eines DUG-Gitters verwendet. Dabei können Gitterpunkte des RRG-Gitters innerhalb des DUG-Gitterbereichs als DUG-Gitterpunkte verwendet werden, wie der Punkt 71a oder sie können auch ignoriert werden. Diese ignorierten Punkte würde dann für die 3D-Darstellung oder eine 2D-Darstellung, in welcher die Höheninformation beispielsweise über die Farbe der Punkte darstellbar ist, nicht verwendet werden. Allerdings könnte eine DUG-Gitterinformation für eine 2-D-Darstellung auch ignoriert werden, wenn lediglich die Höheninformation der RRG-Gitterpunkte ausreichend sind und dargestellt werden.
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Zum glatten Übergang und der besseren Integration eines DUG-Gitters in ein RRG-Gitter ist es vorteilhaft, wenn die Datensätze der Randpunkte des DUG-Gitters gleichzeitig Datensätze der Randpunkte des RRG-Gitters sind, wobei solche DUG-Gitterbereiche eine eckige oder rechtwinklige Gestalt aufweisen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mehrere DUG-Gitterbereiche in einem RRG-Gitter vorliegen, dass diese DUG-Gitterbereiche sich gegenseitig nicht überlappen.
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Bei Verwendung von DUG-Gittern werden die Datensätze der Punkte des DUG-Gitters kontinuierlich in eine Datei, Tabelle oder Liste eingetragen, beispielsweise abhängig von einem Sortierkriterium, wie der Breite, wobei die Sortierreihenfolge von Süd nach Nord oder auch umgekehrt sein kann, siehe 6. Wenn zwei oder mehr Punkte die gleiche Breite aufweisen, werden die Datensätze dieser Punkte abhängig von ihrer Länge sortiert, wobei diese zweite Sortierung innerhalb der Reihenfolge der ersten Sortierung erfolgt. Diese zweite Sortierung kann beispielsweise als Funktion der Länge von West nach Ost erfolgen. Die Sortierungsreihenfolge gemäß der Anordnung der Punkte von 6 wäre dann: 80,81,82,83 und 84. Es kann aber auch eine andere Sortierung durchgeführt werden, wie zuerst nach der Länge und dann nach der Breite.
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Da die Punkte des DUG-Gitters nicht unbedingt systematisch angeordnet sind, ist die Speicherung der Punkte bzw. der diesbezüglichen Datensätze in einer Reihenfolge mit Länge, Breite und Höhe durchzuführen, siehe hierzu die Tabelle der 7. In der 7 ist eine Tabelle 90 dargestellt, in welcher als Punkteliste zeilenweise Datensätze 91 von Punkten mit einer Punkt-Identifikationsnummer 92 mit ihrer Länge 93 Xi, Breite 94 Yi und Höhe 95 Zi aufgelistet sind, wobei i der Laufindex der Punkte i ist.
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Vorteilhaft ist, wenn Punkte des DUG-Gitters mit ihren Datensätzen 91 nur in der Punktliste 90 gemäß 7 gespeichert werden, wenn sie nicht auch Punkte des RRG-Gitters sind, da diese Punkte, die auch RRG-Punkte sind, vorteilhaft bereits mit den Datensätzen des RRG-Gitters gespeichert sind.
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Weiterhin kann zur schnelleren Identifikation der Dreiecke des DUG-Gitters eine Liste der Dreiecke aufgestellt und abgespeichert werden. Eine solche Liste 100 ist in 8 dargestellt. Dabei sind in den Zeilen die Datensätze 105 der jeweiligen Dreiecke aufgelistet, wobei in der ersten Spalte 101 eine Laufnummer oder ein Identifikationszeichen aufgeführt ist und in Spalten 102 bis 104 die Punkte über Punktidentifikationsdaten identifiziert sind, welche zu dem jeweiligen Dreieck gehören und Punkte des DUG-Gitters bilden. Vorteilhaft ist, wenn die Dreiecke in der Liste 100 sortiert sind, beispielsweise über eine aufsteigende Reihenfolge der Identifikationsdaten der Eckpunkte des Dreiecks, wie eine primäre Reihenfolge über die Identifikationsdaten des ersten Punkts, eine sekundäre Reihenfolge über die Identifikationsdaten des zweiten Punkts und eine tertiäre Reihenfolge über die Identifikationsdaten des dritten Punkts.
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Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Punktidentifikationsdaten in der Reihenfolge der Sortierungsreihenfolge im DUG-Gitter und im RRG-Gitter sortiert sind. Auch kann bei mehreren DUG-Gittern ein Laufindex das DUG-Gitter betreffen oder eine gesonderte Tabelle dafür verwenden lassen.
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Bei einer Anwendung von RRG-Gittem mit DUG-Gittern kann eine besonders vorteilhafte Verwendung darin liegen, dass auch mit einem RRG-Gitter zumindest ein zweites RRG-Gitter mit einer abweichenden Auflösung mittels eines DUG-Gitters integriert wird.
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Eine solche Anwendung 110 zeigt die 9. Dort wird ein erstes RRG-Gitter 111 mit einem größeren Gitterabstand 112 mit einem RRG-Gitter 113 mit einem kleineren Gitterabstand 114 kombiniert, wobei die Grenzpunkte mittels eines DUG-Gitter 115 verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, dass die Grenzpunkte immer auch zugleich Punkte eines RRG-Gitters und eines DUG-Gitters sind, so dass die Erstellung einer Liste gemäß 7 ggfs. Entfallen kann, weil die Daten der Grenzpunkte bereits als Punkte der RRG-Gitter gespeichert sind. Bei anderen Anwendungen kann es jedoch auch zweckmäßig sein, eine entsprechende Liste gemäß 7 aufzustellen. Solche Kombinationen von RRG-Gittern mit zumindest einem weiteren RRG-Gitter kann zweckmäßig sein, wenn ein grobmaschiges Gitter im Allgemeinen ausreichend ist, aber spezielle Regionen oder Flächenbereiche einer höheren Auflösung bedürfen bzw. umgekehrt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Navigationssysteme für Fahrzeuge aber auch für Navigationssysteme für andere Anwendungen geeignet. Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren für andere Anwendungen verwendbar sein, bei welchen Oberflächen anzeigbar sind.
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Die 10 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, ein Navigationssystem, in einer schematischen Darstellung 120 mit einem Speicher 121, einem Anzeigeelement 122 und zumindest einem Bedienelement 123, wobei Daten von zumindest einem Gitter oder auch mehreren Gittern, wie RRG-Gitter und/oder DUG-Gitter im Speicher 121 der Vorrichtung 120 speicherbar und wieder abrufbar sind, wobei auf Basis gespeicherter und abgerufener Gitterdaten auf dem Anzeigeelement 122, wie Monitor oder Bildschirm, zumindest ein Ausschnitt einer Oberfläche darstellbar ist. Der Speicher kann dabei ein integrierter Speicher oder ein austauschbarer Speicher sein, wie z.B. eine CD-ROM oder eine DVD.
