JP2005308456A - ３次元経路案内方法および３次元経路案内サーバ - Google Patents

Abstract

【課題】 自分の現在位置および進行方向が容易にわかる３次元経路案内方法を提供する。
【解決手段】 ユーザが位置マーカエリア内１のいずれかの位置マーカ２をカメラ付き携帯通信端末３で撮影してマーカ情報（位置マーカパタン（ＩＤ）、大きさ、カメラ画像中の位置、回転角）をネットワーク５を介してサーバ４に送信すると、端末３の位置、光軸方向がサーバ４より返信されて、ユーザの進行方向が端末画面の通路上やマーカ上重ねて表示され、またユーザが目的地を端末３より入力してサーバ４に送信すると、サーバ４より目的地までの経路情報、さらには最寄りの店舗情報が送信されてきて端末画面に表示される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、人の現在位置を検出し、道案内するための３次元経路案内方法に関する。

位置検出技術の１つの例として、カーナビゲーションシステムに代表されるようにＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を利用した位置検出システムが広く用いられている（特許文献１）。
特願平６−７３１９７号

屋内や地下、高層ビルの多い場所ではＧＰＳ衛星から電波を受信することが困難なため、ＧＰＳを用いて人に道案内をすることは困難であった。

また、ＧＰＳ等を用いた、人のナビゲーションシステムでは、人の位置情報の変化が少ないため、人がどちらの向きを向いているかの判定が難しく、コンパスなどを利用して、東西南北の方向を判定する必要があった。コンパスも磁場が安定していなければ使用できなかった。そのために、進行方向に人が面しているときに携帯通信端末の画面に携帯通信端末の向きに合わせて進行方向を表示することが困難であった。

また、屋内や地下に標識を掲示する場合には、多数の標識を掲示する必要があり、例えば最寄りのトイレがどこかは、トイレの掲示を見つけ出さないとわからなかった。

本発明の目的は、自分の現在位置および進行方向が容易にわかる３次元経路案内方法および３次元経路案内サーバを提供することにある。

本発明は、まず案内をしたい領域に、設置位置の座標および向きと、大きさ、パタンを３次元経路案内サーバの位置マーカＤＢに登録した、ＡＲ Ｔｏｏｌｋｉｔ(参考文献：加藤 博、Mark Billinghurst、浅野 浩一、橘 啓八郎「マーカー追跡に基づく拡張 現実感システムとその他リブレーション」日本バーチャルリアリティ学会論文誌 Vol.４,No.４,１９９９)のような３Ｄ情報取得に適したマーカを多数配置しておく。このときすべてのマーカのパタンは他のマーカと同一ではないユニークなものにしておく。ユーザが自分の現在位置、進行方向がわからなくなったとき、カメラ付き携帯通信端末で位置マーカを撮影する。すると、該位置マーカのパタンと画面中の大きさ、画面中の位置と画面中の回転角が得られ、３次元経路案内サーバに送られる。３次元経路案内サーバではパタンから該位置マーカを特定し、位置マーカＤＢから該位置マーカの位置の座標と向きの情報が得られ、該情報と位置マーカの画面中の、大きさ、および位置と回転角とから携帯通信端末の絶対位置とカメラ光軸方向が算出され、携帯通信端末に送信される。携帯通信端末の画面上に携帯通信端末の現在位置と携帯通信端末のカメラの向きに応じた向きが地図の形で表示される。

なお、携帯通信端末から目的地が入力されると、位置マーカによる経路ネットワークが登録された経路ネットワークＤＢを検索し、検索結果から各位置マーカにおける進行方向を算出し、進行方向を携帯通信端末の画面に表示するようにしてもよい。

また、携帯通信端末から、目的地に行く際に経路上に存在する店舗に寄道する散策モードの情報が入力されると、店舗情報ＤＢに登録されている各店舗の商品情報と、個人情報ＤＢに登録されている、携帯通信端末のユーザの嗜好情報と、各店舗の位置情報とから、前記ユーザに案内する店舗および該店舗を通る最短の経路を求め、携帯通信端末の画面に表示するようにしてもよい。

・屋内などに位置マーカを貼り付けるだけで、自分の現在位置、進路がわからなくなったとき、位置マーカをカメラ付き携帯通信端末で見ることにより、自分の目的地に応じた進行方向を矢印で確認できるため、屋内では難しかった位置の定位が安価に容易にできる。
・携帯通信端末のカメラでマーカを撮影するだけで、自分の体の向きに合わせた進行方向の表示ができる。（上方向も表示することができる。）
・屋内における道案内のためにたくさんの道案内掲示（トイレこちら、駅こちらなど）を用意せず、マーカさえ用意すれば道案内が可能になる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態のシステム構成を示している。

人を案内したい領域（位置マーカ配置エリア）１に、位置情報が登録された、ＡＲ Ｔｏｏｌｋｉｔのような３Ｄ情報取得に適したマーカ（位置マーカ）２が適切な数配置されている。位置マーカ２は黒い四角の枠で囲まれ、中に任意の模様が描かれている。

図２に示すように、ユーザが位置マーカエリア内１のいずれかの位置マーカ２をカメラ付き携帯通信端末３で撮影してマーカ情報（位置マーカパタン（ＩＤ）、カメラ画像中の大きさ、カメラ画像中の位置、カメラ画像中の回転角）をネットワーク５を介してサーバ４に送信すると、端末３の位置、カメラ光軸方向がサーバ４より返信されて、ユーザの進行方向が端末画面のカメラ画像の通路上やマーカ上やあるいは、そこに表示した地図上に重ねて表示され、またユーザが目的地を携帯通信端末３より入力してサーバ４に送信すると、サーバ４より目的地までの経路情報、さらには最寄りの店舗情報が送信されてきて端末画面に表示される。

サーバ４は通信部１０と位置マーカＤＢ１１とマーカ位置処理部１２と位置マーカによる経路ネットワークＤＢ１３と経路探索部１４と個人情報ＤＢ１５と店舗情報ＤＢ１６と寄り道評価部１７を有している。

通信部１０は携帯通信端末３との通信を司さどる。

位置マーカＤＢ１１には、表１に示すように、各位置マーカ２のマーカＩＤ、位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、向き（θｘｉ，θｙｉ，θｚｉ）、大きさＬｉ、パタンＰｉが格納されている。

ここで、位置マーカの位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と向き（θｘｉ，θｙｉ，θｚｉ）は、たとえば建物の端を原点としたＸＹＺ座標系で表わされる。携帯通信端末３の画面に写っている位置マーカ２のパタンからどの位置に張られた位置マーカであるかわかるようになっている。

マーカ位置処理部１２は携帯通信端末３から送信されてきたマーカ情報を元に位置マーカＤＢ１１を検索し、携帯通信端末３の現在位置と撮影向きを算出し、携帯通信端末３に送信する。

位置マーカによる経路ネットワークＤＢ１３には図３に示すように、各位置マーカ２（ノード）から移動可能な他の位置マーカへのリンク情報がベクトルａ，ｂ，ｃ，ｄ，・・・の形で格納されている。

経路探索部１４はマーカ位置処理部１２で得られた通信端末３の現在位置と、携帯通信端末３から送信されてきた目的地の情報から経路ネットワークＤＢ１３を検索して、目的地までの経路を探索し、経路情報を携帯通信端末３に送信する。

個人情報ＤＢ１５には各ユーザの、商品毎の商品名、ストックすべき数、現在の数等の情報が格納されている。店舗情報ＤＢ１６には各店舗で販売している商品の商品名、通常の値段、現在の値段等の情報が格納されている。

寄り道評価部１７は携帯通信端末３から散策モードの情報が送られてきた場合、各店舗の寄り道評価関数を計算し、寄り道評価関数が正ならば、経由地リストに該店舗を追加し、最短経路を探索して探索結果から各位置マーカ２における進行方向を算出し、携帯通信端末３に送信する。

次に、本実施形態の動作を図４のフローチャートを基に説明する。

まず、携帯通信端末３のカメラで位置マーカ２を写し、位置マーカ２のパタンを特定し、図５、６に示すような、位置マーカ２のカメラ画面中の大きさ、位置マーカ２のカメラ画面中の位置（ｘｃｉ，ｙｃｉ，ｚｃｉ）、カメラ画面中の回転角（θｃｘ，θｃｙ，θｃｚ）を求める（ステップ１０１）。次に、これらの情報（マーカ情報）をサーバ４に送信し、携帯通信端末３の位置と向きを問い合わせる（ステップ１０２）。このとき経路探索を行なうのであれば、目的地とモード（直行モード、散索モード）の情報も送信する。サーバ４のマーカ位置処理部１２は位置マーカＤＢ１１を、マーカ情報中のパタンで検索して位置マーカ２を特定し、その位置（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）と向き（θｘｉ，θｙｉ，θｚｉ）の情報を得、これにそれぞれマーカの大きさとカメラの画角、カメラ画面中のマーカの大きさとから、携帯通信端末３からマーカまでの距離を算出し、マーカの位置と、カメラ画像中のマーカの位置（ｘｃｉ，ｙｃｉ，ｚｃｉ）と、カメラ画像中のマーカの回転角（θｃｘ，θｃｙ，θｃｚ）から、携帯通信端末３の光軸方向を算出し、携帯通信端末３の、建物の端を原点とした位置と向きを求め、建物の端の緯度、経度座標から携帯通信端末３の絶対位置（緯度経度）、方向（東西南北）を算出し、携帯通信端末３に返信する（ステップ１０３）。携帯通信端末３は送信されてきた携帯通信端末３の位置と方向の情報を基に、携帯通信端末３の現在位置と向き（ユーザの進行方向）を端末画面に表示されたカメラ画像または地図に矢印で表示する（ステップ１０４）。

次に、サーバ４のマーカ位置処理部１２では目的地の情報が携帯通信端末３から送信されてきたかどうか判定する（ステップ１０５）。目的地が送信されていた場合、経路探索部１４に処理が移り、経路探索部１４は経路ネットワークＤＢ１３から、当該位置マーカ２から目的地までの経路を求め（ステップ１０６）、モードを判定し（ステップ１０７）、直行モードであれば、経路探索結果から各位置マーカ２における進行方向を算出し、携帯通信端末３に送信する（ステップ１１０）。ステップ１０７の判定で、モードが散策モードであれば、個人情報ＤＢ１５に登録されているユーザの嗜好情報と店舗情報ＤＢ１６に登録されている各店舗の商品情報（商品名、通常の値段、現在の値段等）から各店舗の寄り道評価関数を計算し、寄り道評価関数が正であれば継由地リストに追加する処理を全ての店舗に対して行なう（ステップ１０８）。なお、計算の効率化のために経路の近辺だけで計算してもよい。次に、現在地と目的地間の経由地を設定して、最短経路を再探索する（ステップ１０９）。次に、経路探索結果から各位置マーカにおける進行方向を算出し（ステップ１０９）、経路を携帯通信端末３の２Ｄまたは３Ｄ地図上に描画する。

現在地から目的地までの最短経路の探索は、ノード（マーカ）とリンク（マーカ間とその間のコスト（たとえば現在地から目的地までの距離）を元に現在地から目的地までのすべての経路（リンクのつながり）のコストを計算してコストの最小経路を求めることで、求めることができる。最短経路の求め方としては、たとえばダイクストラ法（参考文献：「数理計画入門」朝倉書店 1996年）を利用する。ダイクストラ法とは、Edsger W．Dijkstraによって考案された方法で、グラフ理論における最短経路問題を解くためのアルゴリズムである。

最後に、寄り道評価関数の算出方法の例を以下に示す。
その店に行くにはどのくらい寄り道労力がかかるか（距離、移動時間、アップダウンの階数など）の関数Ｆｉ
Ｆｉ（ｌ，ｔ，ｚ）＝ａ１ｌ＋ａ２ｔ＋ａ３ｚ＋，，，
ｌは距離、ｔは移動時間、ｚはアップダウンの階数、ａｎ（ｎ＝１，２，３・・・）は重み付け
お店が魅力的かどうかの関数Ｍｉ
・いつも行く頻度ｘ１（店舗に毎回行く１００、一度も行かない０）
・安売り商品があるかｘ２（安売り１００、なし０）
店への個人の嗜好マッチ度ｘ３（マッチ１００、マッチしない０）
・店の商品が自宅で不足している度ｘ４（不足１００、十分０）
Ｍ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，，，，）＝ｂ１ｘ１＋ｂ２ｘ２ｘ３＋ｂ３ｘ４＋．．．．
０≦ｘｉ≦１００（ｉ＝１，２、・・・、１００），ｂｎ（ｎ＝１，２，・・・）は重み付けをあらわす
寄り道評価関数Ｓｉ＝Ｆｉ（ｌｔｚ）−Ｍｉ（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４・・・）＞０の場合、経由辺地リストにその店を加える
これをすべてのお店Ｓｉについて計算する。
以降２つ以上の近いお店の組み合わせについても同様に計算を行なう（単独で行く価値はなくても２つ以上だと寄り道する価値ができる場合があるから）。

なお、寄り道評価関数を算出する場合は、経由ネットワークＤＢの中にあらかじめ、リンク（ノードの間の移動可能なベクトル）に、距離、移動時間、階数を入れておく必要がある。

本発明の一実施形態のシステム構成図である。 図１の実施形態の説明図である。 位置マーカによる経路ネットワークＤＢ１３の構成の説明図である。 図１の実施形態の動作を示すフローチャートである。 カメラの光納とマーカ回転角を示す図である。 マーカの大きさ、カメラ画面中のマーカ位置と回転角を示す図である。

符号の説明

１ 位置マーカ配置エリア
２ 位置マーカ
３ カメラ付き携帯通信端末
４ サーバ
５ ネットワーク
１０ 通信部
１１ 位置マーカＤＢ
１２ マーカ位置処理部
１３ 位置マーカによる経路ネットワークＤＢ
１４ 経路探索部
１５ 個人情報ＤＢ
１６ 店舗情報ＤＢ
１７ 寄り道評価部
１０１〜１１１ ステップ

Claims (8)

1. 案内をしたい領域に設置され、設置位置の座標および向きと、大きさと、パタンが登録された位置マーカがカメラ付き携帯通信端末で撮影されたとき、該位置マーカのパタンと、大きさと、カメラ画面中の位置と回転角を取得し、前記パタンと前記大きさから前記位置マーカを特定し、前記位置マーカのカメラ画面中の位置および回転角と、前記位置マーカの登録されている座標および向きとから前記携帯通信端末の絶対位置とカメラの光軸方向を算出し、前記携帯通信端末の画面に地図で表示する、携帯通信端末を用いた３次元経路案内方法。
2. 案内をしたい領域に設置され、設置位置の座標および向きと、大きさと、パタンが登録された位置マーカがカメラ付き携帯通信端末で撮影されたとき、該位置マーカのパタンと、カメラ画面中の大きさと、カメラ画面中の位置と、カメラ画面中の回転角を取得し、前記パタンから前記位置マーカを特定し、前記位置マーカのカメラ画面中の位置、大きさ、および回転角と、前記位置マーカの登録されている座標および向きとから前記携帯通信端末の絶対位置とカメラの光軸方向を算出し、前記携帯通信端末の位置を該携帯通信端末の画面に表示する、携帯通信端末を用いた３次元経路案内方法。
3. 前記携帯通信端末から目的地が入力されると、位置マーカによる経路ネットワークが登録された経路ネットワークＤＢを検索し、検索結果から各位置マーカにおける進行方向を算出し、前記携帯通信端末の画面に表示する、請求項１または２に記載の３次元経路案内方法。
4. 前記携帯通信端末から、目的地に行く際に経路上に存在する店舗に寄道する散策モードの情報が入力されると、店舗情報ＤＢに登録されている各店舗の商品情報と、個人情報ＤＢに登録されている、前記携帯通信端末のユーザの嗜好情報と、各店舗の位置情報とから、前記ユーザに案内する店舗および該店舗を通る最短の経路を求め、前記携帯通信端末の画面に表示する、請求項３に記載の３次元経路案内方法。
5. 案内をしたい領域に設置された各位置マーカの設置位置の座標および向きと、大きさと、パタンが登録された位置マーカＤＢと、
   カメラ付き携帯通信端末で前記位置マーカが撮影され、該位置マーカのパタンと、大きさと、カメラ画面中の位置と回転角の情報が該携帯通信端末よりネットワークを介して送られてくると、位置と回転角を取得し、前記パタンと前記大きさから前記位置マーカを特定し、前記位置マーカのカメラ画面中の位置および回転角と、前記位置マーカの登録されている座標および向きとから前記携帯通信端末の絶対位置とカメラの光軸方向を算出し、前記携帯通信端末に送信するマーカ位置処理手段を有する３次元経路案内サーバ。
6. 案内をしたい領域に設置された各位置マーカの設置位置の座標および向きと、大きさと、パタンが登録された位置マーカＤＢと、
   カメラ付き携帯通信端末で前記位置マーカが撮影され、該位置マーカのパタンと、カメラ画面中の大きさと、カメラ画面中の位置と、カメラ画面中の回転角の情報が該携帯通信端末よりネットワークを介して送られてくると、該位置と該回転角を取得し、前記パタンから前記位置マーカを特定し、前記位置マーカのカメラ画面中の位置、大きさ、および回転角と、前記位置マーカの登録されている座標および向きとから前記携帯通信端末の絶対位置とカメラの光軸方向を算出し、前記携帯通信端末に送信するマーカ位置処理手段を有する３次元経路案内サーバ。
7. 前記位置マーカによる経路ネットワークが登録された経路ネットワークＤＢと、
   前記携帯通信端末から目的地が送信されてくると、前記経路ネットワークＤＢを検索し、検索結果から各位置マーカにおける進行方向を算出し、前記携帯通信端末に送信する経路探索手段を
   有する、請求項５または６に記載の３次元経路案内サーバ。
8. 各店舗の商品情報が登録されている店舗情報ＤＢと、
   各ユーザの嗜好情報が登録されている個人情報ＤＢと、
   前記携帯通信端末から、目的地に行く際に経路上に存在する店舗に寄道する散策モードの情報が入力されると、前記店舗情報ＤＢに登録されている各店舗の商品情報と、前記個人情報ＤＢに登録されている、前記携帯通信端末のユーザの嗜好情報と、各店舗の位置情報とから、前記ユーザに案内する店舗および該店舗を通る最短の経路を求め、前記携帯通信端末に送信する寄道評価手段を
   有する、請求項７に記載の３次元経路案内サーバ。

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