EP1875167A1 - Verfahren zur dreidimensionalen darstellung einer digitalen strassenkarte - Google Patents

Verfahren zur dreidimensionalen darstellung einer digitalen strassenkarte

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Publication number
EP1875167A1
EP1875167A1 EP06725570A EP06725570A EP1875167A1 EP 1875167 A1 EP1875167 A1 EP 1875167A1 EP 06725570 A EP06725570 A EP 06725570A EP 06725570 A EP06725570 A EP 06725570A EP 1875167 A1 EP1875167 A1 EP 1875167A1
Authority
EP
European Patent Office
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image objects
road map
horizon
digital road
drawn
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06725570A
Other languages
English (en)
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Inventor
Thomas Jung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/36—Input/output arrangements for on-board computers
    • G01C21/3626—Details of the output of route guidance instructions
    • G01C21/3635—Guidance using 3D or perspective road maps

Definitions

  • the invention relates to a method for the three-dimensional representation of a digital road map according to the preamble of claim 1 and to a navigation device according to the preamble of claim 9.
  • Navigation devices are known from the prior art, in which a part of a road map is displayed on a screen depending on the position of a vehicle and its direction of movement.
  • Different types of representation are common, which are divided into different categories with regard to the underlying data structures and the arithmetic operations performed by the system.
  • the simplest model is a two-dimensional representation of a
  • Navigation data areas, lines, points, labels
  • a perspective view of the map data is often preferred.
  • the representation may include elevation information of the not necessarily flat terrain, or merely a three-dimensional representation of a "flat" map, the latter model being called a pseudo-3D representation
  • the underlying data of a vector map must be under the influence of a coordinate transformation
  • a linear mapping rule is used to convert the image data containing a perspective representation used in which for existing in the map lines whose endpoints are projected and rejoined with a line. These lines are then used to fill polygons to be filled.
  • a standard CPU Central Processing Unit
  • a GPU Graphics Unit
  • the perspective impression is achieved by choosing a virtual viewing position above the actual vehicle position. The higher the viewing position, the more information is provided to the user, which he might not receive from his position in his vehicle. Often, for better orientation, the position of the vehicle is also displayed on the map.
  • any projection method that generates a spatial effect can be used to calculate the image data.
  • any projection method that generates a spatial effect can be used to calculate the image data.
  • Particularly well-known is the
  • the object of the invention is to use the area of the visual representation in the vicinity and above the horizon in order to give the user an increased depth impression.
  • this object is achieved by means of a method with the features mentioned in claim 1 or by means of a navigation device with the features mentioned in claim 9.
  • a plurality of image objects is drawn in the area of the horizon and / or overlying area of the visual representation of the digital road map, wherein the individual image objects move against each other when changing the position or direction of the vehicle, can be a realistic
  • the image objects are typically cloud scenes, which are drawn over each other and thereby correspond to different distances from the vehicle position.
  • the image objects are drawn using compositing.
  • the method according to the invention can be easily implemented by using a well-known technique.
  • alpha-compositing each pixel has an alpha value A, its so-called opacity, in addition to the RGB data.
  • this is 255 for completely opaque and 0 for completely transparent.
  • the layers of the visual map of the digital road map to be drawn are drawn one at a time, with a foreground and background in each step.
  • the background to be considered is the layer which has been completed in a preceding step.
  • the result of the compositing then forms the background in a next step until the finished image is available as the result of the last compositing step. If the background is completely transparent, the foreground results as a result of compositing, and vice versa. If the foreground is opaque, the background is overwritten.
  • the backdrops are represented by different layers, wherein the
  • Clouds are either opaque or almost opaque.
  • static image elements are drawn transparent or partially transparent over the image objects. These pixels may be background information for the user, always at the same - A -
  • the object of the invention is achieved by the navigation device according to the invention, which is characterized in that the conversion unit comprises means for drawing image objects, which shift when changing the position or direction of travel of the vehicle against each other.
  • Figure 1 is a navigation device according to the invention
  • Figure 2 is a visual representation of a digital road map
  • FIG. 3 schematically different cloud scenes
  • FIG. 4 schematically shows a superimposition of the cloud backdrops.
  • FIG. 1 shows a total of 100 designated navigation device.
  • the data of a digital road map are stored on a storage medium 10, for example on a CD-ROM or a DVD, which is located in a drive 12.
  • a storage medium 10 for example on a CD-ROM or a DVD, which is located in a drive 12.
  • Display device 14 displays a visual representation of digital roadmap 16 generated by a microprocessor 18 which displays the current
  • Position of the vehicle based on measurement data obtained from a position sensor 24 such as a GPS sensor and a directional gauge 26 are calculated and read part of the road map from the storage medium 10, which includes the current position of the vehicle.
  • the visual representation of the digital road map 16 reproduced on the display device 14 has a first area 28 containing the topographical information and a second area 32 separated from the first area by a horizon 30, which corresponds to the airspace.
  • the image conversion unit formed by the microprocessor 18 and the working memory 20 comprises means for drawing image objects which move against one another when the position or direction of travel of the vehicle changes.
  • FIG. 2 shows in more detail the visual representation of a road map 16.
  • the visual representation 16 is limited to a forward looking field of vision based on an elevated virtual viewpoint bounded laterally by a given aperture angle of the representation.
  • the first area 28 containing the topographic information 28 colorizes road segments calculated using a coordinate transformation from the data of a digital road map stored on the storage medium and filler areas adjacent to them.
  • the images displayed in the display device 14 are periodically recalculated and displayed. The method according to the invention relates to each individual such image. In the air space 32 located above the horizon 30 become cloud scenes 34
  • the cloud backdrops 34 are opaque or at least partially opaque.
  • FIG. 3 schematically shows various cloud scenes 34 or layers, in which the
  • Cloud backdrops 34 are drawn.
  • the cloud images can be additionally provided with textures to create a natural impression.
  • the cloud scenes 34 are now superimposed and result in a stratification, which is shown in Figure 4.
  • the layers are shifted at different speeds.
  • the farthest Cloud layer and / or a layer containing representations of celestial bodies, synchronously with the horizon 30 moves, otherwise an unrealistic break in the dynamics between the two areas 28 and 32 arises.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
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Abstract

Um ein Verfahren anzugeben, welches den Bereich einer visuellen Darstellung einer digitalen Straßenkarte in der Nähe und oberhalb des Horizontes nutzt, um dem Benutzer einen erhöhten Tiefeneindruck zu vermitteln, ist vorgesehen, dass im Bereich des Horizonts und darüber eine Vielzahl von Bildobjekten gezeichnet wird, wobei sich die einzelnen Bildobjekte bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben.

Description

Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung einer digitalen Straßenkarte
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung einer digitalen Straßenkarte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Navigationseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Navigationseinrichtungen bekannt, bei welchen ein Teil einer Straßenkarte abhängig von der Position eines Fahrzeugs und dessen Bewegungsrichtung auf einem Bildschirm wiedergegeben wird. Dabei sind verschiedene Darstellungsarten üblich, welche bezüglich der ihnen zugrundeliegenden Datenstrukturen und der vom System ausgeführten Rechenoperationen in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Das einfachste Modell ist eine zweidimensionale Darstellung einer die
Navigationsdaten (Flächen, Linien, Punkte, Beschriftungen) enthaltenden Vektorkarte. Um dem Fahrzeugführenden möglichst leicht zu interpretierende, visuelle Informationen über ihre Umgebung zur Verfügung zu stellen, wird dagegen oft eine perspektivische Darstellung der Kartendaten bevorzugt. Wahlweise kann die Darstellung dabei Höheninformationen des nicht notwendigerweise ebenen Geländes enthalten oder lediglich eine dreidimensionale Darstellung einer „flachen" Karte sein. Letzteres Modell wird als pseudo-3D Darstellung bezeichnet. In beiden Fällen müssen die der Karte zugrundeliegenden Daten einer Vektorkarte unter dem Einfluss einer Koordinatentransformation in die eine perspektivische Repräsentation enthaltenden Bilddaten umgerechnet werden. Üblicherweise wird eine lineare Abbildungsvorschrift eingesetzt, bei welcher für in der Karte vorhandene Linien einfach deren Endpunkte projiziert und wieder mit einer Linie verbunden werden. Aus diesen Linien setzen sich dann zu füllende Polygone zusammen. Ein Standard-CPU (Central Processing Unit) oder eine GPU (Graphical Processing Unit) führt die notwendigen 3D- Vektoroperationen und Polygon-Schattierungen in Hardware aus.
Der perspektivische Eindruck wird dadurch erreicht, dass eine virtuelle Betrachtungsposition oberhalb der tatsächlichen Fahrzeugposition gewählt wird. Je höher die Betrachtungsposition ist, desto mehr Informationen werden dem Benutzer zur Verfügung gestellt, welche er von seiner Position in seinem Fahrzeug gegebenenfalls nicht erhalten würde. Oftmals wird zur besseren Orientierung auch die Position des Fahrzeugs auf der Karte wiedergegeben.
Zur Berechnung der Bilddaten kann im Prinzip jedes Projektionsverfahren verwendet werden, welches eine räumliche Wirkung erzeugt. Besonders bekannt ist dabei die
Zentralprojektion, bei welcher alle in der Karte abzubildenden Punkte über Verbindungslinien mit dem Projektionszentrum, welches mit der Betrachtungsposition zusammenfällt, über Verbindungslinien verbunden sind, deren Schnittpunkte mit einer Projektionsebene das projizierte Bild ergibt. Aufgrund der Geometrie einer solchen oder ähnlichen Projektion erscheint in der visuellen Darstellung ein Horizont und ein angrenzender Bereich, welcher dem Luftraum entspricht. Oftmals sind bei der Darstellung des Luftraums statische, dekorative Texturen vorgesehen, insbesondere Wolkenbilder. Bei der Bewegung des Fahrzeugs und der entsprechenden Aktualisierung der visuellen Darstellung erscheinen solche Texturen aufgrund ihrer Statik unrealistisch, da sie der Bewegung des Fahrzeugs nicht folgen.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Aufgabe der Erfindung ist es, den Bereich der visuellen Darstellung in der Nähe und oberhalb des Horizontes zu nutzen, um dem Benutzer einen erhöhten Tiefeneindruck zu vermitteln.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen oder mittels einer Navigationseinrichtung mit den im Anspruch 9 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass im Bereich des Horizonts und/oder darüber liegenden Bereich der visuellen Darstellung der digitalen Straßenkarte eine Vielzahl von Bildobjekten gezeichnet wird, wobei sich die einzelnen Bildobjekte bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben, kann ein realistischer
Tiefeneindruck erzeugt werden. Bei den Bildobjekten handelt es sich typischerweise um Wolkenkulissen, welche übereinander gezeichnet werden und dabei verschiedenen Entfernungen von der Fahrzeugposition entsprechen.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich einzelne
Bildobjekte bei Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander in einer Richtung parallel zum Horizont verschieben. Dadurch wird der Eindruck einer Drehung des Betrachtungswinkels in der Darstellung erweckt. Wolkenkulissen im Vordergrund werden dabei schneller bewegt als Wolkenkulissen im Hintergrund.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bildobjekte unter Verwendung von Compositing gezeichnet werden. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Verfahren durch die Benutzung einer wohlbekannten Technik leicht umgesetzt werden. Bei der üblichsten Version des Compositing, dem alpha-Compositing, ist jedem Pixel außer den RGB-Daten noch ein Alpha- Wert A, seine sogenannte Opacity, zugeordnet.
Bei einer 8-Bit-Darstellung beträgt dieser 255 für völlig opak und 0 für völlig transparent. Die zu zeichnenden Layer der visuellen Darstellung der digitalen Straßenkarte werden einer nach dem anderen gezeichnet, wobei es in jedem Schritt einen Vordergrund und Hintergrund gibt. Dabei ist als Hintergrund der Layer anzusehen, welcher in einem vorangehenden Schritt fertiggestellt worden ist. Das Ergebnis des Compositing bildet dann in einem nächsten Schritt den Hintergrund, bis als Ergebnis des letzten Compositing-Schritts das fertige Bild vorliegt. Ist der Hintergrund völlig transparent, so resultiert als Ergebnis des Compositing der Vordergrund und umgekehrt. Ist der Vordergrund opak, wird der Hintergrund überschrieben. Im erfϊndungsgemäßen Verfahren sind die Wolkenkulissen durch verschiedene Layer repräsentiert, wobei die
Wolken entweder opak oder nahezu opak gezeichnet werden.
Weiterhin ist bevorzugt, dass statische Bildelemente transparent oder teilweise transparent über die Bildobjekte gezeichnet werden. Bei diesen Bildelementen kann es sich um Hintergrundinformationen für den Benutzer handeln, welche stets an der gleichen - A -
Stelle in der visuellen Darstellung der digitalen Straßenkarte erscheinen sollen. Durch die teilweise oder vollständige Transparenz ist die relative Verschiebung der hinter den Bildelementen gezeichneten Bildobjekte weiterhin beobachtbar, wodurch der Eindruck einer Dynamik entsteht.
Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung durch die erfindungsgemäße Navigationseinrichtung gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Umwandlungseinheit Mittel zum Zeichnen von Bildobjekten umfasst, welche sich bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Navigationseinrichtung;
Figur 2 eine visuelle Darstellung einer digitalen Straßenkarte;
Figur 3 schematisch verschiedene Wolkenkulissen und
Figur 4 schematisch eine Überlagerung der Wolkenkulissen.
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Navigationseinrichtung. Die Daten einer digitalen Straßenkarte sind auf einem Speichermedium 10 gespeichert, beispielsweise auf einer CD-ROM oder einer DVD, welches sich in einem Laufwerk 12 befindet. Auf einer
Anzeigeeinrichtung 14 wird eine visuelle Darstellung der digitalen Straßenkarte 16 angezeigt, welche von einem Mikroprozessor 18 erzeugt wird, welcher die aktuelle
Position des Fahrzeugs auf der Grundlage von Messdaten, welche von einem Positionssensor 24 wie z.B. einen GPS-Sensor und einem Richtungsmesser 26 ermittelt werden, berechnet und einen Teil der Straßenkarte aus dem Speichermedium 10 liest, welcher die aktuelle Position des Fahrzeugs einschließt. Der Mikroprozessor 18, welcher über einen Systembus 22 mit einem Arbeitsspeicher 20 verbunden ist, berechnet in regelmäßigen Zeitabständen perspektivische Bilder, welche an die aktuelle Position und Orientierung des Fahrzeugs angepasst sind und den Fahrzeugfuhrenden mit
Informationen über seine unmittelbare Umgebung und den angestrebten Zielort versorgt. Die auf der Anzeigeinrichtung 14 wiedergegebene visuelle Darstellung der digitalen Straßenkarte 16 weist einen die topographischen Informationen enthaltenen ersten Bereich 28 und einen von dem ersten Bereich durch einen Horizont 30 getrennten zweiten Bereich 32 auf, welcher dem Luftraum entspricht. Die durch den Mikroprozessor 18 und den Arbeitsspeicher 20 gebildete Bildumwandlungseinheit umfasst Mittel zum Zeichnen von Bildobjekten, welche sich bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben.
Figur 2 zeigt im genaueren Detail die visuelle Darstellung einer Straßenkarte 16.
Die visuelle Darstellung 16 beschränkt sich auf ein in Fahrtrichtung liegendes Blickfeld auf der Grundlage eines erhöhten, virtuellen Standpunktes, seitlich begrenzt durch einen gegebenen Öffnungswinkel der Darstellung. Der die topographischen Informationen enthaltene erste Bereich 28 stellt unter Verwendung einer Koordinatentransformation aus den auf dem Speichermedium abgespeicherten Daten einer digitalen Straßenkarte ausgerechnete Straßensegmente und an sie grenzende Füllflächen farblich dar. Die in der Anzeigeeinrichtung 14 angezeigten Bilder werden periodisch neu berechnet und dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf jedes einzelne solcher Bilder. Im über dem Horizont 30 befindlichen Luftraum 32 werden Wolkenkulissen 34
(in Figur 2 nicht genauer dargestellt) gezeichnet und unter Verwendung von alpha- Compositing übereinandergelagert. Dabei sind die Wolkenkulissen 34 opak oder zumindest teilweise opak gezeichnet.
Figur 3 zeigt schematisch verschiedene Wolkenkulissen 34 bzw. Layer, in welchen die
Wolkenkulissen 34 gezeichnet sind. Die Wolkenbilder lassen sich zusätzlich mit Texturen versehen, um einen natürlichen Eindruck zu erwecken. Die Wolkenkulissen 34 werden nun übereinandergelagert und ergeben ein Schichtung, welche in Figur 4 dargestellt ist. Bei einer Drehung der Fahrzeugposition werden die Layer mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gegeneinander verschoben. Vorteilhafterweise wird die hinterste Wolkenschicht und/oder ein Layer, welcher Darstellungen von Himmelskörpern enthält, synchron mit dem Horizont 30 bewegt, da sonst ein unrealistischer Bruch in der Dynamik zwischen den beiden Bereichen 28 und 32 entsteht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung wenigstens eines Teils einer digitalen Straßenkarte in einem Navigationssystem (100), wobei topographische Informationen aus auf einem Speichermedium (10) abgespeicherten Daten in Abhängigkeit von einer Position und einer Fahrtrichtung eines Fahrzeugs selektiert und unter Verwendung einer Koordinatentransformation in eine visuelle Darstellung der digitalen Straßenkarte (16) entsprechend eines virtuellen, erhöhten Blickpunktes überführt werden, so dass die visuelle Darstellung der digitalen Straßenkarte (16) einen die topographischen Informationen enthaltenen ersten Bereich (28) und einen von dem ersten Bereich (28) durch einen Horizont (30) getrennten zweiten Bereich (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Horizonts (30) und/oder im zweiten Bereich (32) eine Vielzahl von Bildobjekten gezeichnet werden, wobei sich die einzelnen Bildobjekte bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Bildobjekte Wolkenkulissen repräsentieren.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich einzelne Bildobjekte bei Änderung der Position des Fahrzeugs gegeneinander in einer Richtung senkrecht zum Horizont (30) verschieben.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich einzelne Bildobjekte bei Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander in einer Richtung parallel zum Horizont (30) verschieben.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Bildobjekte im Vordergrund schneller bewegt werden als Bildobjekte im Hintergrund.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildobjekte unter Verwendung von Compositing, insbesondere alpha-Compositing, gezeichnet werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Bildobjekte opak übereinander gezeichnet werden.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statische Bildelemente transparent oder teilweise transparent über die Bildobjekte gezeichnet werden.
9. Navigationseinrichtung (100) mit einer Anzeigeeinrichtung (14), einer Positionsbestimmungseinheit (24), einem Speichermedium (10), auf welchem zweidimensionale topographische Informationen mit einem Netzwerk von Straßensegmenten gespeichert sind oder speicherbar sind, und einer Umwandlungseinheit (18, 20) zur Umwandlung der topographischen Informationen in eine visuelle Darstellung einer digitalen Straßenkarte (16) entsprechend eines virtuellen, erhöhten Blickpunktes, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungseinheit (18, 20) Mittel zum Zeichnen von Bildobjekten umfasst, welche sich bei Änderung der Position oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs gegeneinander verschieben.
EP06725570A 2005-04-19 2006-04-05 Verfahren zur dreidimensionalen darstellung einer digitalen strassenkarte Ceased EP1875167A1 (de)

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