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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine räumliche Darstellung einer Szenerie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur räumlichen Darstellung eines Fahrzeugumfelds.
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Um eine räumliche Darstellung anzuzeigen, bedient man sich normalerweise einer 3D-Engine zum Rendern der Szenerie. So ist beispielsweise aus Computerspielen bekannt, die komplette Szenerie zu rendern. Dies ist jedoch nur deshalb möglich, da es sich bei der gesamten darzustellenden Szene um eine virtuelle Umgebung handelt, die der Erschaffer des Computerspiels vordefiniert hat. Die Darstellung erfolgt dann auf Flächen von virtuellen Elementen, die zusammen ein Netz bilden. Die Flächen der virtuellen Elemente zeigen gemeinsam schließlich die komplette räumliche Darstellung der Umgebung an.
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Ein solches Verfahren lässt sich jedoch nur bedingt auf einen Anwendungsfall übertragen, bei dem lediglich partielle Informationen darüber vorhanden sind, welche Bereiche als räumliche Umgebung darzustellen sind. Soll beispielsweise eine reale Umgebung abgebildet werden, so ist zumeist nur ein Teil dieser Umgebung durch Sensoren erfassbar, nämlich der Teil der in Richtung der Sensoren weist. So kann beispielsweise eine Kamera nur diejenige Seite eines Objekts aufnehmen, die zu der Kamera hinweist, nicht jedoch diejenige Seite, die von der Kamera wegweist. Durch diese Beschränkung der Informationen über die Umgebung ist eine komplette dreidimensionale Rekonstruktion nicht möglich.
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Im Stand der Technik wird daher zur Darstellung der Umgebung von Fahrzeugen zumeist eine schüsselförmige virtuelle Projektionsfläche um eine virtuelle Repräsentation des Fahrzeugs gelegt, wobei diese virtuelle Projektionsfläche durch ein Netz von Elementen gebildet ist. Auf den Flächen dieser Elemente ist schließlich die räumliche Darstellung anzeigbar.
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Die virtuellen Elemente werden normalerweise ausgehend von der virtuellen Repräsentation des Fahrzeugs auf die schüsselförmige virtuelle Projektionsfläche projiziert, so dass eine gleichmäßig Verteilung der Elemente auf der Projektionsfläche vorhanden ist.
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Dieses Verfahren wird beispielsweise durch 1 gezeigt. Ausgehend von einem Ursprung 5, werden die Knotenpunkte eines Netzes 3 auf eine virtuelle Projektionsfläche 2 projiziert. Da die Knotenpunkte des Netzes 3 stets unter demselben Projektionswinkel α von dem Ursprung 5 ausgehen, ergibt sich für einen am Ursprung 5 stehenden virtuellen Beobachter eine gleichförmige Verteilung der Elemente 4 auf der virtuellen Projektionsfläche 2.
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Der Nachteil dieses Verfahrens wird jedoch ersichtlich, wenn die virtuelle Beobachterposition 1 von dem Ursprung 5 abweicht. In diesem Fall erscheinen die Elemente 4 nicht mehr gleichförmig verteilt, da die virtuelle Beobachterposition die Elemente 4 aus unterschiedlichen Betrachterwinkeln β und γ sieht. So wirken einzelne Elemente 4 größer und/oder haben unterschiedliche Formen, was sich nachteilig auf die räumliche Darstellung des Umfelds auswirken kann.
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Der oben beschriebene Ansatz bietet ein sehr robustes Verfahren, wobei das Verfahren für eine verbesserte räumliche Darstellung nicht flexibel genug verwendbar ist. Um diese Probleme zu umgehen, schlägt beispielsweise die
WO 2006/058165 A2 ein Verfahren zum optimierten Rendern von dynamisch bewegten Körpern vor. Dazu wird der dynamisch bewegte Körper aus einer Vielzahl von virtuellen Beobachterpositionen gerendert, wobei je nach notwendigem Detaillierungsgrad für jeden Rendervorgang eine unterschiedliche Elementdichte vorgesehen wird, was bedeutet, dass jeder Rendervorgang auf Basis eines anderen Netzes durchgeführt wird. Ein derartiges Verfahren schafft es zwar, den zuvor genannten Ansatz zu verbessern, benötigt jedoch sehr große Rechenkapazitäten und ist dadurch nur sehr schwierig echtzeitfähig umsetzbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum räumlichen Darstellen eines Umfelds gemäß der Erfindung sieht vor, dass das Umfeld mit Blick aus einer virtuellen Beobachterposition dargestellt wird. Dazu sind die folgenden Schritte nötig: Zunächst wird eine virtuelle Projektionsfläche festgelegt, auf der die räumliche Darstellung angezeigt werden soll. Die virtuelle Projektionsfläche wird durch Elemente eines Netzes abgebildet, wobei die Elemente gleichförmig auf der virtuellen Projektionsfläche verteilt sind. Somit wird die Projektionsfläche durch ein homogenes Netz aus Elementen abgebildet. Weiterhin bildet jedes Element eine Fläche ab, die zumindest einem Teil der räumlichen Darstellung entspricht und auf der die räumliche Darstellung aus Daten über das Umfeld renderbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Netz, ausgehend von der virtuellen Beobachterposition, auf die virtuelle Projektionsfläche projiziert wird. Somit ist stets sichergestellt, dass aus der virtuellen Beobachterposition ein gleichförmiges Netz aus Elementen sichtbar ist. Es wird unabhängig von der aktuellen virtuellen Beobachterposition stets die optimale räumliche Darstellung des Umfelds des Objekts erreicht.
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Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Netz ausschließlich gleiche Elemente aufweist. Dies vereinfacht zum einen die Projektion der Elemente auf die Projektionsfläche, andererseits kann so die räumliche Darstellung homogenisiert werden.
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Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Elemente Dreiecke sind. Diese Form hat sich bei der räumlichen Darstellung von Umfeldern stets bewährt und ist sehr einfach zu handhaben. Der Aufbau eines Netzes aus dreiecksförmigen Elementen ist daher sehr einfach zu realisieren.
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Vorteilhafterweise wird die virtuelle Projektionsfläche schüsselförmig aufgebaut, wobei ein Zentrum der Schüsselform die Position des Fahrzeugs, dessen Umgebung dargestellt werden soll, repräsentiert. Besonders bevorzugt kann die virtuelle Beobachterposition innerhalb des durch die Schüsselform abgegrenzten Raumes frei bewegt werden, so dass diese nicht zwangsläufig mit dem Zentrum der schüsselförmigen Projektionsfläche zusammenfallen muss. Es wird daher eine flexible dreidimensionale Darstellung des Umfelds des Fahrzeugs ermöglicht. Erfindungsgemäß ist jedoch unabhängig von der aktuellen virtuellen Beobachterposition stets eine gleichförmige Verteilung der Elemente sichtbar.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Computerprogrammprodukt, das einen auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeicherten Programmcode umfasst. Mit diesem Programmcode kann das zuvor beschriebene Verfahren durchgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Als Computer ist hier insbesondere auch ein Steuergerät eines Fahrzeugs anzusehen. Als maschinenlesbares Medium ist bevorzugt ein Flash-Speicher vorgesehen. Jedoch können bevorzugt auch andere Speichermedien verwendet werden, insbesondere ROM-Speicher, RAM-Speicher oder Datenträger, wie Disketten, CDs oder DVDs.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, das zumindest einen optischen Sensor, einen Abstandssensor und eine Rechenvorrichtung aufweist. Der optische Sensor ist erfindungsgemäß eingerichtet, zumindest einen Teilbereich des Fahrzeugumfelds zu erfassen. Der Abstandssensor ist erfindungsgemäß eingerichtet, einen Abstand des Teilbereichs des Fahrzeugumfelds zu dem Fahrzeug zu bestimmen. Die Rechenvorrichtung ist erfindungsgemäß eingerichtet, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es daher möglich, eine räumliche Darstellung eines Umfelds des Fahrzeugs zu generieren. Diese kann in bestimmten Fahrsituationen einem Fahrer des Fahrzeugs beim Führen des Fahrzeugs helfen. Solche Situationen können beispielsweise das Durchfahren enger Gassen oder das Einparken des Fahrzeugs sein.
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Um dem Fahrer eine umfassende Repräsentation der Umgebung zu bieten, ist vorteilhaft vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Vielzahl von optischen Sensoren umfasst. Die Vielzahl der optischen Sensoren ermöglicht bevorzugt das vollständige Erfassen des Fahrzeugumfelds. So kann die räumliche Darstellung das komplette Umfeld des Fahrzeugs umfassen, wodurch die Fahrer des Fahrzeugs eine größtmögliche Menge an Informationen über das Fahrzeugumfeld als Abbildung intuitiv zur Verfügung gestellt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs umfasst dieses eine Anzeigevorrichtung, auf der die räumliche Darstellung anzeigbar ist. Insbesondere kann die Anzeigevorrichtung ein Display sein, das in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs oder an einer anderen vom Fahrer gut einsehbaren Stelle des Cockpits angebracht ist. Somit wird dem Fahrer stets ein optimaler Überblick über das Umfeld seines Fahrzeugs gegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Projektion eines Netzes auf eine virtuelle Projektionsfläche gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine Prinzipdarstellung einer Projektion eines Netzes auf eine virtuelle Projektionsfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie eingangs beschrieben, sieht die virtuelle Beobachterposition die Elemente 4 stets aus unterschiedlichen Betrachterwinkeln β und γ. Dies steht jedoch im Widerspruch zur Forderung einer möglichst akkuraten und flexiblen räumlichen Darstellung der Umgebung eines Fahrzeugs.
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2 zeigt die Abbildung aus 1 unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch die Tatsache, dass die Knotenpunkte des Netzes 3 nicht mehr ausgehend von dem Ursprung auf die virtuelle Projektionsfläche 2 projiziert werden, sondern ausgehend von der virtuellen Beobachterposition 1, ergibt sich stets eine gleichförmige Verteilung der Elemente 4. Da die virtuelle Beobachterposition 1 Ausgangspunkt für die Projektion des Netzes 3 ist, fallen Projektionswinkel α und Betrachterwinkel β zusammen. Durch die Forderung nach einer gleichförmigen Projektion der Elemente 4 auf die virtuelle Projektionsfläche, müssen die Projektionswinkel α stets die gleiche Größe aufweisen, so dass auch die Betrachterwinkel β stets gleich groß sind. Daher weist aus Sicht der virtuellen Beobachterposition 1 die virtuelle Projektionsfläche 2 stets eine gleichförmige Verteilung der Elemente 4 auf.
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Verschiebt sich die virtuelle Beobachterposition 1 an einen anderen Ort, so wird das Netz 3 neu berechnet, was bedeutet, dass die Knotenpunkte des Netzes 3, ausgehend von der neuen virtuellen Beobachterposition 1, auf die virtuelle Projektionsfläche 2 projiziert werden. Da hier wiederum Projektionswinkel α und Betrachterwinkel β zusammenfallen, ist auch an jeder neuen Position eine gleichförmige Verteilung der Elemente 4 auf der virtuellen Projektionsfläche 2 sichtbar. Daher ist auch bei einer Änderung der virtuellen Beobachterposition 1 stets eine optimale räumliche Darstellung des Umfelds, insbesondere des Umfelds eines Fahrzeugs, möglich.
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3 zeigt ein Fahrzeug 6, das zwei optische Sensoren 7 und zwei Abstandssensoren 9 umfasst. Die optischen Sensoren 7 dienen dabei zum Erfassen des vorderen und hinteren Teilbereichs der Fahrzeugumgebung, während die Abstandssensoren 9 innerhalb dieser Bereiche gelegene Hindernisse detektieren und den Abstand zwischen Fahrzeug und den Hindernissen bestimmen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die optischen Sensoren 7 und die Abstandssensoren 9 zusammen das gesamte Fahrzeugumfeld 8 erfassen.
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Die Abstandssensoren 9 und die optischen Sensoren 7 sind mit einer nicht gezeigten Rechenvorrichtung verbunden, so dass die optischen Sensoren 7 und die Abstandssensoren 9 Signale an die Rechenvorrichtung übertragen können. Die Rechenvorrichtung kann schließlich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen, so dass anhand der Daten der optischen Sensoren 7 und der Abstandssensoren 9 eine räumliche Darstellung des Umfelds des Fahrzeugs erzeugt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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