JP2006243458A - Three dimensional map display device and three dimensional map display program - Google Patents

Three dimensional map display device and three dimensional map display program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional map display device and a three-dimensional map display program which, even when a wide viewing angle especially in a horizontal direction is set in displaying a three-dimensional map, prevent deterioration of visibility caused by three-dimensional display by making a display as a driver sees an actual scene by relatively greatly deforming the vicinity of the center of the screen while suppressing distortion. <P>SOLUTION: The three-dimensional map display device comprises: a storage means 4 for storing road map information; a position detecting means 2 for detecting the present position P; an image transformation processing means 72 for obtaining, from the storage means 4, the road map information within a display area based on the present position P as reference; and an image display means 5 for displaying a three-dimensional road image. The image transformation processing means 72 transforms the road image into a three-dimensional image by projecting the three-dimensional coordinate obtained from the road map information on a virtual solid centered on the present position P, then further projecting it in parallel on a drawing surface. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、表示装置の画面上に、三次元地図を表示する技術に関し、特に、水平方向の視野角を大きく確保して表示した場合であっても画面中心付近の視認性の低下を防ぐ三次元地図表示装置および三次元地図表示プログラムに関するものである。   The present invention relates to a technology for displaying a three-dimensional map on a screen of a display device, and in particular, a tertiary that prevents a decrease in visibility near the center of the screen even when a large horizontal viewing angle is ensured and displayed. The present invention relates to an original map display device and a three-dimensional map display program.

従来から自動車走行の便宜を図る装置としてカーナビゲーション装置が知られている。このカーナビゲーション装置は、GPS(Global Positioning System)センサ等により自車の現在位置を検出し、CD−ROM等の記憶媒体に記録された地図データから目的地へ向かう経路を読み出し、画面上に道路や建物等が描画された地図を表示するものである。   2. Description of the Related Art Conventionally, a car navigation device is known as a device that facilitates driving of a car. This car navigation device detects the current position of the vehicle by a GPS (Global Positioning System) sensor or the like, reads a route from the map data recorded on a storage medium such as a CD-ROM, and the road on the screen. A map in which buildings and buildings are drawn is displayed.

ところで、最近のカーナビゲーション装置等では、二次元地図だけでなく三次元地図で表示することも可能となり、必要に応じて画面を切り換えることにより三次元地図で表示し、現在地周辺を容易に把握できるようになってきた。例えば、描画する視点をドライバーの視点や上空からの視点に置き、ドライバーが実際に見る景観に近い三次元表示や遠方まで見渡せるような鳥瞰表示が採用されている。   By the way, in recent car navigation devices, it is possible to display not only a 2D map but also a 3D map. By switching the screen as necessary, the 3D map can be displayed and the surroundings of the current location can be easily grasped. It has become like this. For example, the viewpoint to be drawn is set to the viewpoint of the driver or the viewpoint from the sky, and the three-dimensional display close to the scenery that the driver actually sees or the bird's-eye view display that can be seen far away is adopted.

このような三次元地図の表示技術として、例えば、特開2003−263102号公報に記載の地図表示装置が提案されている(特許文献1)。この地図表示装置は、三次元地図を表示する場合、視線を斜めから眺めた風景となるため、建物、道路、地形等の地図構成物が他の地図構成物に陰影されて、それらの関連情報(名称、案内等の情報)の視認性が低下するという問題を解決することを目的とするものである。そして、このような目的を解決するために、透視変換処理や陰面消去処理を施したり、地図構成物の表示領域に基づいて、当該地図構成物の関連情報の表示領域を設定し、関連情報を地図構成物の変化に追随させて常に見やすい位置に表示して、視認性の低下を防止することが提案されている。   As such a three-dimensional map display technique, for example, a map display device described in JP-A-2003-263102 has been proposed (Patent Document 1). When displaying a three-dimensional map, this map display device is a landscape in which the line of sight is viewed from an oblique direction, so map components such as buildings, roads, and terrain are shaded by other map components, and their related information The object is to solve the problem that the visibility of (name, guidance, etc.) decreases. And in order to solve such a purpose, a perspective transformation process and a hidden surface removal process are performed, or based on the display area of the map composition, the display area of the related information of the map composition is set, and the related information is It has been proposed to follow a change in the map composition and display it at a position that is always easy to see to prevent a reduction in visibility.

特開2003−263102号公報JP 2003-263102 A

しかしながら、カーナビゲーション装置に許容される画面の大きさには限度があるため、従来の三次元の描画に変換する手法では、逆にドライバーの見え方と相違する部分が生じ、視認性が低下してしまう場合がある。例えば、上記特許文献1に記載された発明を含め、従来の三次元地図表示においては、一般に、水平方向における視野角が約90°前後に設定されている。このため、約180°近くある人間の視野角に比べて表示範囲が狭く、ドライバーにはまだ見えている建物や施設が表示画面から次々に消えてしまうという問題がある。   However, since there is a limit to the size of the screen allowed for the car navigation device, the conventional method of converting to three-dimensional drawing produces a portion that is different from the driver's appearance, which reduces visibility. May end up. For example, in the conventional 3D map display including the invention described in Patent Document 1, the viewing angle in the horizontal direction is generally set to about 90 °. For this reason, there is a problem that the display range is narrower than a human viewing angle of about 180 °, and buildings and facilities still visible to the driver disappear from the display screen one after another.

そこで、そのような違和感を解消するために、視野角を大きく設定することが考えられるが、通常の三次元表示は透視投影法により描画されているため、水平方向の視野角を大きく設定するほど、画面の中心部付近が小さく圧縮されてしまい描画が潰れた表示になってしまう。例えば、図5(a)に示すように、透視投影法による三次元地図は、左右近傍の建物は奥方向へ異常に長く表示され、その奥隣りの建物は小さすぎる。また、建物の間に存在する交差点はほとんど潰れて線状になってしまい、走行中のドライバーがチラッと見ても交差点の存在を把握することができない。   Therefore, in order to eliminate such a sense of incongruity, it is conceivable to set a large viewing angle. However, since the normal three-dimensional display is drawn by the perspective projection method, the larger the horizontal viewing angle is set, the more the viewing angle is set. The vicinity of the center of the screen is compressed to a small size and the drawing is crushed. For example, as shown in FIG. 5A, in a three-dimensional map by the perspective projection method, buildings in the vicinity of the left and right are displayed abnormally long in the back direction, and the buildings in the back are too small. Also, the intersections that exist between the buildings are almost crushed and become linear, and even if a driver who is traveling is looking at them, the existence of the intersections cannot be grasped.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、三次元地図を表示する場合、特に水平方向の視野角を大きく設定しても、歪みを抑制しつつ画面中心付近を相対的に大きく変形させることによってドライバーの現実の見え方に近づけ、三次元表示によって生じる視認性の低下を防止することができる三次元地図表示装置および三次元地図表示プログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve such problems, and when displaying a three-dimensional map, even when a large horizontal viewing angle is set, the distortion is suppressed and the vicinity of the center of the screen is suppressed. It is an object to provide a 3D map display device and a 3D map display program that can be brought close to the actual appearance of the driver by relatively large deformation and prevent deterioration in visibility caused by 3D display. It is said.

本発明に係る三次元地図表示装置の特徴は、道路地図情報を記憶する記憶手段と、現在位置を検出する位置検出手段と、前記現在位置を基準とする表示範囲内の前記道路地図情報を前記記憶手段から取得して三次元画像に変換処理する画像変換処理手段と、三次元化された道路画像を表示する画像表示手段とを有しており、前記画像変換処理手段は、前記道路地図情報から得られる三次元座標を、前記現在位置を中心とする仮想立体上に投影した後、さらに、描画平面上に平行投影することにより道路画像を変形して三次元化する点にある。   The three-dimensional map display device according to the present invention is characterized by storage means for storing road map information, position detection means for detecting a current position, and the road map information within a display range based on the current position. An image conversion processing unit that obtains from the storage unit and converts the image into a three-dimensional image; and an image display unit that displays a three-dimensional road image. The image conversion processing unit includes the road map information. 3D coordinates are obtained by projecting onto a virtual solid centered on the current position and then projecting them in parallel on a drawing plane to transform the road image into a three-dimensional image.

また、本発明において、前記画像変換処理手段は、前記仮想立体が球体であるとき、前記描画平面上に平行投影される座標を(X,Y)、前記現在位置を原点とする前記三次元座標を(x,y,z)とすると、以下の式
X=x/√(x+y+z
Y=y/√(x+y+z
により、三次元画像に変換処理することが好ましい。
Also, in the present invention, when the virtual solid is a sphere, the image conversion processing means uses the coordinates projected in parallel on the drawing plane as (X, Y), and the three-dimensional coordinates with the current position as the origin. Is (x, y, z), the following formula X = x / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Y = y / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Therefore, it is preferable to perform conversion processing into a three-dimensional image.

また、本発明に係る三次元地図表示プログラムの特徴は、道路地図情報を記憶する記憶手段と、現在位置を検出する位置検出手段と、前記現在位置を基準とする表示範囲内の前記道路地図情報を前記記憶手段から取得して三次元画像に変換処理する画像変換処理手段と、三次元化された道路画像を表示する画像表示手段としてコンピュータを実行させるとともに、前記画像変換処理手段は、前記道路地図情報から得られる三次元座標を、前記現在位置を中心とする仮想立体上に投影した後、さらに、描画平面上に平行投影することにより道路画像を変形して三次元化するようにコンピュータを実行させる点にある。   The three-dimensional map display program according to the present invention is characterized by storage means for storing road map information, position detection means for detecting a current position, and the road map information within a display range based on the current position. Is acquired from the storage means and converted into a three-dimensional image, and the computer is executed as an image display means for displaying a three-dimensional road image. The image conversion processing means After projecting the three-dimensional coordinates obtained from the map information onto a virtual solid centered on the current position, the computer further transforms the road image into a three-dimensional shape by parallel projecting on the drawing plane. It is in the point to be executed.

また、本発明において、前記画像変換処理手段は、前記仮想立体が球体であるとき、前記描画平面上に平行投影される座標を(X,Y)、前記現在位置を原点とする前記三次元座標を(x,y,z)とすると、以下の式
X=x/√(x+y+z
Y=y/√(x+y+z
により、三次元画像に変換処理するようにコンピュータを実行させることが好ましい。
Also, in the present invention, when the virtual solid is a sphere, the image conversion processing means uses the coordinates projected in parallel on the drawing plane as (X, Y), and the three-dimensional coordinates with the current position as the origin. Is (x, y, z), the following formula X = x / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Y = y / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Therefore, it is preferable to execute the computer so as to perform conversion processing into a three-dimensional image.

本発明によれば、三次元地図を表示する場合、特に水平方向の視野角を大きく設定しても、歪みを抑制しつつ画面中心付近を相対的に大きく変形させることによってドライバーの現実の景観に近づけ、三次元表示によって生じる視認性の低下を防止することができる。   According to the present invention, when displaying a three-dimensional map, even if the horizontal viewing angle is set to be large, it is possible to make the driver's real landscape by relatively deforming the vicinity of the screen center while suppressing distortion. It is possible to prevent a reduction in visibility caused by three-dimensional display.

以下、本発明に係る三次元地図表示装置1および三次元地図表示プログラムの一実施形態について図面を用いて説明する。図1は、本実施形態における三次元地図表示装置1を示すブロック図である。なお、本実施形態ではカーナビゲーション装置を例に説明するが、ユーザが携行する携帯型ナビゲーション装置等、様々なナビゲーション装置に適用できる。   Hereinafter, an embodiment of a 3D map display device 1 and a 3D map display program according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a three-dimensional map display device 1 in the present embodiment. In the present embodiment, a car navigation device is described as an example, but the present invention can be applied to various navigation devices such as a portable navigation device carried by a user.

図1に示すように、本実施形態の三次元地図表示装置1は、主として、自車の現在位置Pを検出するための位置検出手段2と、目的地S等を入力するための入力手段3と、道路地図情報や各種のプログラムを記憶するための記憶手段4と、道路地図を表示するためのモニタ等の画像表示手段5と、この画像表示手段5に表示する画像データを格納するための画像メモリ6と、これら各構成部を制御するとともに、各種の演算処理を行う演算処理手段7とから構成されている。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional map display device 1 of the present embodiment mainly includes a position detection means 2 for detecting the current position P of the own vehicle, and an input means 3 for inputting a destination S and the like. Storage means 4 for storing road map information and various programs, image display means 5 such as a monitor for displaying a road map, and image data to be displayed on the image display means 5 It comprises an image memory 6 and arithmetic processing means 7 for controlling each of these components and performing various arithmetic processes.

各構成手段についてより詳細に説明すると、位置検出手段2は、車両の現在位置Pを検出するものであり、車両の走行速度を検出する車速センサや車両の進行方向を検出する方位センサ、あるいはGPS(Global Positioning System)衛星から受信した緯度・経度情報に基づいて現在位置Pを特定するGPSセンサ等により構成されている。入力手段3は、プッシュボタンや表示画面上のタッチセンサ等により構成されており、目的地S等の入力や表示設定の変更等に使用される。   In more detail about each component means, the position detection means 2 detects the present position P of the vehicle, and detects a vehicle speed sensor, a direction sensor that detects the traveling direction of the vehicle, or GPS. (Global Positioning System) It is configured by a GPS sensor or the like that identifies the current position P based on latitude / longitude information received from a satellite. The input unit 3 includes a push button, a touch sensor on the display screen, and the like, and is used for inputting the destination S and the like, changing display settings, and the like.

記憶手段4は、DVD(Digital Versatile Disc)やハードディスク等から構成されており、道路情報の他、建物等の目標物情報や、右折・左折指示等の交通情報を含む道路地図情報が記憶されている。また、本実施形態の表示処理を実行するための三次元地図表示プログラムが格納されている。画像メモリ6は、RAM(Random Access Memory)等により構成されており、演算処理手段7により適宜加工処理された画像データを格納する。   The storage means 4 comprises a DVD (Digital Versatile Disc), a hard disk or the like, and stores road map information including road information, target information such as buildings, and traffic information such as right and left turn instructions. Yes. In addition, a three-dimensional map display program for executing the display process of the present embodiment is stored. The image memory 6 is constituted by a RAM (Random Access Memory) or the like, and stores image data appropriately processed by the arithmetic processing means 7.

画像表示手段5は、LCD(Liquid Crystal Display)等から構成されており、画像メモリ6に格納された画像データに基づいて道路地図や目標物等を表示するものである。本実施形態の画像表示手段5は、図2に示すように、下方から順に、三次元表示エリア51と、二次元固定縮尺表示エリア52と、二次元可変縮尺表示エリア53とから構成されている。そして、現在位置Pから目的地Sまでの全経路を現在位置Pからの適当な距離に応じて分割し、各表示エリア内に表示するようになっている。各表示エリアの境界部分では、各道路の末端を連続的に繋ぎ合わせており、現在位置Pから目的地Sまでの誘導経路Uが左右中央線Oに沿うように連続的に表示される。   The image display means 5 is composed of an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays a road map, a target, and the like based on image data stored in the image memory 6. As shown in FIG. 2, the image display means 5 of the present embodiment is composed of a three-dimensional display area 51, a two-dimensional fixed scale display area 52, and a two-dimensional variable scale display area 53 in order from the bottom. . Then, the entire route from the current position P to the destination S is divided according to an appropriate distance from the current position P and displayed in each display area. In the boundary portion of each display area, the ends of the roads are continuously connected, and the guide route U from the current position P to the destination S is continuously displayed along the left and right center line O.

ここで各表示エリアについて詳述しておくと、三次元表示エリア51は、現在位置Pから後述する描画範囲内にある第1通過地点Qまでの経路情報を三次元地図で表示するエリアである。二次元固定縮尺表示エリア52は、前記第1通過地点Qから数km先の第2通過地点Rまでの経路情報を固定縮尺で描画した二次元地図で表示するエリアである。また、二次元可変縮尺表示エリア53は、前記第2通過地点Rから目的地Sまでの経路情報を可変縮尺で描画した二次元地図で表示するエリアである。そして、本実施形態では、三次元表示エリア51内に、所定の変換手法によって描画処理を施した三次元地図を表示するようになっている。   Here, each display area will be described in detail. The three-dimensional display area 51 is an area for displaying route information from the current position P to a first passing point Q within a drawing range described later on a three-dimensional map. . The two-dimensional fixed scale display area 52 is an area for displaying the route information from the first passage point Q to the second passage point R a few kilometers ahead on a two-dimensional map drawn at a fixed scale. The two-dimensional variable scale display area 53 is an area for displaying a route information from the second passing point R to the destination S on a two-dimensional map drawn at a variable scale. In the present embodiment, a 3D map that has been subjected to a drawing process by a predetermined conversion method is displayed in the 3D display area 51.

演算処理手段7は、CPU(Central Processing Unit)等により構成されており、記憶手段4に格納されている三次元地図表示プログラムに基づいて各構成部を制御するとともに、各種のデータや設定情報を取得して、画像データを適宜加工処理するものである。本実施形態の演算処理手段7は、図1に示すように、主として、経路探索部71と、画像変換処理部72と、二次元地図描画部73とを有している。   The arithmetic processing means 7 is constituted by a CPU (Central Processing Unit) or the like, and controls each constituent unit based on a three-dimensional map display program stored in the storage means 4 and stores various data and setting information. The image data is acquired and processed appropriately. As shown in FIG. 1, the arithmetic processing means 7 of this embodiment mainly includes a route search unit 71, an image conversion processing unit 72, and a two-dimensional map drawing unit 73.

各構成部について、より詳細に説明すると、経路探索部71は、位置検出手段2から自車の現在位置Pを取得するとともに、入力手段3により設定された目的地Sを取得し、現在位置Pから目的地Sまでの誘導経路Uを算出するものである。なお、目的地Sが設定されていない場合には、図示しない目的地予測部により目的地Sを予測し自動的に設定するようにしてもよい。この目的地予測部は、例えばドライバーの走行頻度が高いルートを記憶しておいたり、あるいは一般的な統計から走行頻度の高いルートを記憶しておき、現在の走行ルートと照合することにより自動的に目的地Sを予測設定するようになっている。   Each component will be described in more detail. The route search unit 71 acquires the current position P of the host vehicle from the position detection unit 2, acquires the destination S set by the input unit 3, and acquires the current position P. The guide route U from the destination to the destination S is calculated. In addition, when the destination S is not set, the destination S may be predicted and automatically set by a destination prediction unit (not shown). This destination prediction unit automatically stores, for example, a route with a high driving frequency of a driver, or stores a route with a high driving frequency from general statistics and compares it with the current driving route. The destination S is set to be predicted.

画像変換処理部72は、現在位置Pから所定の描画範囲内に存在する道路地図情報を記憶手段4から取得し、三次元地図を描画するものである。また、二次元地図描画部73は、誘導経路Uに沿って第1通過地点Qから目的地Sまでの道路地図を作成するものである。具体的には、図2に示すように、経路探索部71によって算出された誘導経路Uのうち、第1通過地点Qから所定距離先の第2通過地点Rまでの道路地図情報を記憶手段4から取得し、固定縮尺により二次元地図を描画する。また、第2通過地点Rから目的地Sまでの誘導経路Uについては、道路地図情報を記憶手段4から取得し可変縮尺により二次元地図を描画する。   The image conversion processing unit 72 obtains road map information existing within a predetermined drawing range from the current position P from the storage unit 4 and draws a three-dimensional map. Further, the two-dimensional map drawing unit 73 creates a road map from the first passing point Q to the destination S along the guidance route U. Specifically, as shown in FIG. 2, the storage unit 4 stores road map information from the first passing point Q to the second passing point R that is a predetermined distance out of the guidance route U calculated by the route searching unit 71. And draw a 2D map at a fixed scale. For the guidance route U from the second passing point R to the destination S, road map information is acquired from the storage means 4 and a two-dimensional map is drawn at a variable scale.

以下、画像変換処理部72による三次元地図の具体的な描画方法について説明する。画像変換処理部72は、まず、位置検出手段2から車両の現在位置Pと進行方向を取得するとともに、描画範囲を設定するための描画範囲データを取得する。本実施形態では、図3に示すように、水平方向における視野角が約150°の描画範囲が設定されている。また、奥行きは、50〜100mに設定することで、ドライバーから見える景観に近い三次元地図が描画される。なお、描画範囲データは、図示しないメモリ手段に格納されており、ドライバーにより適宜設定・変更可能になっている。   Hereinafter, a specific drawing method of the three-dimensional map by the image conversion processing unit 72 will be described. First, the image conversion processing unit 72 acquires the current position P and the traveling direction of the vehicle from the position detection unit 2 and also acquires drawing range data for setting the drawing range. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a drawing range in which the viewing angle in the horizontal direction is about 150 ° is set. In addition, by setting the depth to 50 to 100 m, a three-dimensional map close to the landscape seen from the driver is drawn. The drawing range data is stored in a memory means (not shown) and can be set and changed as appropriate by a driver.

つぎに、画像変換処理部72は、現在位置P、進行方向および描画範囲データに基づいて描画範囲を決定し、この描画範囲内に存在する道路地図情報を記憶手段4から取得する。なお、本実施形態では、ユーザによって目的地Sが入力されて誘導経路Uが算出されている場合を想定している。しかしながら、目的地Sが設定されていない場合であっても、現在位置P、進行方向および描画範囲データさえあれば描画範囲が決定され得る。   Next, the image conversion processing unit 72 determines a drawing range based on the current position P, the traveling direction, and the drawing range data, and acquires road map information existing in the drawing range from the storage unit 4. In the present embodiment, it is assumed that the destination S is input by the user and the guide route U is calculated. However, even if the destination S is not set, the drawing range can be determined as long as the current position P, the traveling direction, and the drawing range data are available.

そして、画像変換処理部72は、取得した道路地図情報から得られる三次元空間上の各点を現在位置Pを中心とする仮想立体上、本実施形態では仮想球体上に投影する。具体的には、各点の三次元座標から現在位置Pを基準とする三次元ベクトルV(x,y,z)を算出し、この三次元ベクトルを以下の数式(1),(2)により二次元ベクトルv(θ,Φ)に極座標変換する。
θ=arctan(x/z) ・・・数式(1)
Φ=arctan(y/z) ・・・数式(2)
Then, the image conversion processing unit 72 projects each point on the three-dimensional space obtained from the acquired road map information on a virtual solid centering on the current position P, in this embodiment, on a virtual sphere. Specifically, a three-dimensional vector V (x, y, z) based on the current position P is calculated from the three-dimensional coordinates of each point, and this three-dimensional vector is calculated by the following equations (1) and (2). Polar coordinates are converted into a two-dimensional vector v (θ, Φ).
θ = arctan (x / z) (1)
Φ = arctan (y / z) (2)

ここで、図4に示すように、三次元空間上の点P,Q,Rを例に挙げて説明すると、各点P,Q,Rは、極座標変換されることにより、現在位置Pを中心とする半径rの仮想球体上に投影され、点P,Q,Rに変換される。これら各点P,Q,Rの二次元ベクトルv(θ,Φ)のうち、θ成分は水平方向の位置を表し、Φ成分は鉛直方向の位置を表している。 Here, as shown in FIG. 4, the points P 0 , Q 0 , R 0 on the three-dimensional space will be described as an example. The points P 0 , Q 0 , R 0 are converted by polar coordinates. , Projected onto a virtual sphere of radius r centered on the current position P, and converted to points P 1 , Q 1 , R 1 . Among the two-dimensional vectors v (θ, Φ) of these points P 1 , Q 1 , R 1 , the θ component represents the horizontal position, and the Φ component represents the vertical position.

そして、画像変換処理部72は、さらに、極座標変換後の各点P,Q,Rを、三次元地図を表示するための描画平面上に平行投影する。具体的には、極座標変換で得られた各点の二次元ベクトルv(θ,Φ)に対し、sinフィルタを適用することにより、描画平面上の点P,Q,Rの座標(X,Y)を算出する。なお、本実施形態において、描画平面は、描画視点から描画方向に延びる視線に垂直な平面であるため、各点P,Q,Rは、描画平面上に正射影される。したがって、描画平面上に正射影された各点の座標(X,Y)は、最終的に、以下の数式(3),(4)により算出される。
X=x/√(x+y+z) ・・・数式(3)
Y=y/√(x+y+z) ・・・数式(4)
Then, the image conversion processing unit 72 further parallel-projects each point P 1 , Q 1 , R 1 after polar coordinate conversion onto a drawing plane for displaying a three-dimensional map. Specifically, by applying a sine filter to the two-dimensional vector v (θ, Φ) of each point obtained by polar coordinate transformation, the coordinates of the points P 2 , Q 2 , R 2 on the drawing plane ( X, Y) is calculated. In the present embodiment, since the drawing plane is a plane perpendicular to the line of sight extending in the drawing direction from the drawing viewpoint, each point P 1 , Q 1 , R 1 is orthogonally projected on the drawing plane. Accordingly, the coordinates (X, Y) of each point orthogonally projected on the drawing plane are finally calculated by the following mathematical formulas (3) and (4).
X = x / √ (x 2 + y 2 + z 2 ) (3)
Y = y / √ (x 2 + y 2 + z 2 ) (4)

以上の画像変換処理により、画面の中心部が相対的に大きくデフォルメされた三次元地図が描画される。ここで、本実施形態の三次元地図における変形の効果を従来の三次元地図等と比較して説明する。図5(a)は、図3に示した描画範囲内を従来の透視投影法により描画した三次元地図であり、図5(b)は、極座標変換後に二次元平面に広げて描画した三次元地図であり、図5(c)は、本実施形態による画像変換処理を施して描画した三次元地図である。   By the above image conversion processing, a three-dimensional map in which the center portion of the screen is deformed relatively large is drawn. Here, the effect of deformation in the three-dimensional map of the present embodiment will be described in comparison with a conventional three-dimensional map or the like. FIG. 5A is a three-dimensional map drawn in the drawing range shown in FIG. 3 by a conventional perspective projection method, and FIG. 5B is a three-dimensional drawing drawn on a two-dimensional plane after polar coordinate conversion. FIG. 5C is a three-dimensional map drawn by performing image conversion processing according to the present embodiment.

図5(a)に示すように、従来の透視投影法による描画では、視野角の正接に比例して描画平面が拡大するため、描画される三次元地図の中心部が非常に小さく圧縮されてしまうことがわかる。このため、両側の建物が異常に奥行きが長く表現されるとともに、奥側の建物が極端に小さくなる。さらに交差点が存在するにもかかわらずほとんど把握できない。   As shown in FIG. 5 (a), in the drawing by the conventional perspective projection method, the drawing plane is enlarged in proportion to the tangent of the viewing angle, so that the center portion of the drawn three-dimensional map is compressed very small. I understand that. For this reason, the buildings on both sides are expressed with an unusually long depth, and the buildings on the far side are extremely small. Furthermore, it is almost impossible to grasp despite the presence of an intersection.

また、図5(b)に示すように、極座標変換のみを施した三次元地図では、中心部の圧縮はやや解消されるものの、歪みが大きくなって直線部分が屈曲してしまう。また、交差点の表示や奥側の建物の景観等、ドライバーが実際に見るであろう景観との相違による違和感が解消されていない。さらに、描画処理において逆三角関数を使用するため、計算量が多くなり描画処理速度が遅くなるおそれがある。   Further, as shown in FIG. 5B, in the three-dimensional map subjected to only the polar coordinate transformation, although the compression of the central portion is somewhat eliminated, the distortion becomes large and the straight portion is bent. Moreover, the discomfort due to the difference from the scenery that the driver will actually see, such as the display of the intersection and the scenery of the building on the back side, has not been eliminated. Furthermore, since the inverse trigonometric function is used in the drawing process, the amount of calculation increases and the drawing process speed may be reduced.

これに対し、本実施形態による三次元地図は、図5(c)に示すように、画像の歪みが効果的に抑制されている。画像の中心部の描画は大きくデフォルメされて見やすく、画像の左右端部の不要な情報が間引かれるように変形されている。このため、図5(a)や図5(b)と比較すれば、画面中心部に存在する交差点の状況が格段に把握し易くなっており、ほぼドライバーが見る実際の景観にも一致するものである。また、sinフィルタを適用することによって、計算式が上記数式(3),(4)のように簡素化されるため、極座標変換のみを施す場合と比べて描画処理速度が向上する。   On the other hand, in the three-dimensional map according to the present embodiment, as shown in FIG. 5C, image distortion is effectively suppressed. The drawing at the center of the image is greatly deformed and easy to see, and is modified so that unnecessary information at the left and right ends of the image is thinned out. For this reason, compared with FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b), the situation of the intersection existing in the center of the screen is much easier to grasp, and almost matches the actual scenery seen by the driver. It is. Also, by applying the sine filter, the calculation formula is simplified as in the above formulas (3) and (4), so that the drawing processing speed is improved as compared with the case where only polar coordinate conversion is performed.

なお、上述した本実施形態では、三次元空間上の各点を仮想球体上に投影しているが、これに限られるものではない。例えば、投影する立体を球形に近い多面体や楕円体等の適当な仮想立体にしてもよい。例えば、多面体の場合、図6に示すように、画角を5つの部分視錐体V1〜V5に分割する。そして、各部分視錐体Vについてレンダリングを行うことで、三次元空間上の各点を対応する部分視錐体Vに投影する。そして、各部分視錐体Vに対応する描画平面上の部分領域A1〜A5に平行投影する。以上の描画処理により、広い画角であっても自然な三次元地図を描画することができる。ただし、この場合、各部分領域Aの境界が微分不能であるため、連結部分が不自然になってしまうおそれがあるし、1つの三次元地図を描画するのに部分視錐体Vの数だけレンダリング処理を行う必要があるため、描画処理速度が遅延してしまうおそれがある。このような問題を解消するためには、仮想球体正射影の変換処理を行う必要がある。   In the above-described embodiment, each point on the three-dimensional space is projected on the virtual sphere, but the present invention is not limited to this. For example, the solid to be projected may be an appropriate virtual solid such as a polyhedron or an ellipsoid close to a sphere. For example, in the case of a polyhedron, as shown in FIG. 6, the angle of view is divided into five partial viewing cones V1 to V5. Then, by rendering each partial view cone V, each point on the three-dimensional space is projected onto the corresponding partial view cone V. Then, the projection is performed in parallel on the partial areas A1 to A5 on the drawing plane corresponding to each partial view cone V. With the above drawing process, a natural three-dimensional map can be drawn even with a wide angle of view. However, in this case, since the boundary of each partial area A cannot be differentiated, there is a possibility that the connected part may become unnatural, and only the number of partial visual cones V is required to draw one 3D map. Since it is necessary to perform rendering processing, the drawing processing speed may be delayed. In order to solve such a problem, it is necessary to perform a virtual sphere orthogonal projection conversion process.

また、本実施形態では、水平方向および鉛直方向のそれぞれに対して画像変換処理を施しているが、これに限られるものではなく、少なくとも水平方向成分に対して、画像変換処理を施せばよい。これにより、高さ方向成分はそのままでも、水平方向成分がデフォルメされるため、中心部が見易くなる。換言すれば、円柱状の仮想立体に投影することでもある。そして、鉛直方向の座標はsinフィルタを適用せずにそのまま極座標変換のみで描画平面に投影してもよい。これは鉛直方向、つまり高さ方向の視野角はそれ程大きく取られないので画像の中央部に与える影響が小さく、ドライバーの視認性の低下に与える影響もそれ程大きくはないとも考えられるからである。   In this embodiment, the image conversion process is performed for each of the horizontal direction and the vertical direction. However, the present invention is not limited to this, and the image conversion process may be performed for at least the horizontal direction component. As a result, the horizontal direction component is deformed even if the height direction component remains as it is, so that the center portion can be easily seen. In other words, it is also a projection onto a cylindrical virtual solid. Then, the coordinates in the vertical direction may be projected onto the drawing plane by only polar coordinate conversion without applying the sin filter. This is because the viewing angle in the vertical direction, that is, the height direction is not so large, so that the influence on the center portion of the image is small, and the influence on the driver's visibility is not so great.

つぎに、本実施形態の三次元地図表示プログラムにより実行される三次元地図表示装置1の作用について、図7のフローチャートを参照しつつ説明する。   Next, the operation of the 3D map display device 1 executed by the 3D map display program of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ドライバーが本実施形態の三次元地図表示装置1を利用する場合、演算処理手段7により記憶手段4に格納されている三次元地図表示プログラムを起動する(ステップS1)。これにより、画像表示手段5に図示しないメニュー画面が表示されるので、ドライバーは入力手段3を用いて所望の目的地Sを入力する(ステップS2)。このとき、上述した描画範囲データ等の各種の設定を行うようにしてもよい。つづいて、演算処理手段7は、GPS信号に基づいて位置検出手段2が検出した車両の現在位置Pを取得する(ステップS3)。本実施形態では、位置検出手段2が所定時間毎に車両の位置を検出しているため、その周期に合わせて演算処理手段7によって車両が移動したかどうかが判定される(ステップS4)。   First, when the driver uses the 3D map display device 1 of the present embodiment, the arithmetic processing means 7 starts the 3D map display program stored in the storage means 4 (step S1). As a result, a menu screen (not shown) is displayed on the image display means 5, and the driver inputs a desired destination S using the input means 3 (step S2). At this time, various settings such as the drawing range data described above may be performed. Subsequently, the arithmetic processing means 7 acquires the current position P of the vehicle detected by the position detecting means 2 based on the GPS signal (step S3). In the present embodiment, since the position detection means 2 detects the position of the vehicle every predetermined time, it is determined whether or not the vehicle has moved by the arithmetic processing means 7 in accordance with the cycle (step S4).

ステップS4において、車両が移動していないものと演算処理手段7が判定すると(ステップS4:NO)、後述するステップS12へと進み、車両の移動が検出されるまで、同じ道路地図を画像表示手段5に表示する。一方、演算処理手段7が車両の移動を認識すると(ステップS4:YES)、ステップS5へと進み、経路探索部71が、ステップS2で入力された目的地Sと、ステップS3で検出された現在位置Pとを取得し、この現在位置Pから目的地Sまでの誘導経路Uを探索する(ステップS5)。   If the arithmetic processing means 7 determines that the vehicle is not moving in step S4 (step S4: NO), the process proceeds to step S12 described later, and the same road map is displayed as image display means until the movement of the vehicle is detected. 5 is displayed. On the other hand, if the arithmetic processing means 7 recognizes the movement of the vehicle (step S4: YES), the process proceeds to step S5, where the route search unit 71 detects the destination S input in step S2 and the current detected in step S3. The position P is acquired, and a guidance route U from the current position P to the destination S is searched (step S5).

つづいて、画像変換処理部72は、位置検出手段2が検出した車両の現在位置P、および方位センサが検出した車両の進行方向を取得するとともに、三次元で描画する範囲を定めるために描画範囲データを取得する(ステップS6)。そして、これら現在位置P、進行方向および描画範囲データに基づいて三次元画像の描画範囲を決定し、この描画範囲内の道路地図情報を取得する(ステップS7)。   Subsequently, the image conversion processing unit 72 obtains the current position P of the vehicle detected by the position detection unit 2 and the traveling direction of the vehicle detected by the azimuth sensor, and sets a drawing range in order to determine a three-dimensional drawing range. Data is acquired (step S6). Then, the drawing range of the three-dimensional image is determined based on the current position P, the traveling direction, and the drawing range data, and road map information in the drawing range is acquired (step S7).

つづいて、画像変換処理部72は、取得した道路地図情報から描画対象各点の三次元座標を読み出し、これら各点に極座標変換を適用することにより、現在位置Pを中心とする仮想球体上に投影する(ステップS8)。そして、投影後の各点に水平方向および鉛直方向のそれぞれにsinフィルタを適用し、描画平面上に正射影することにより、三次元地図を描画する(ステップS9)。また、二次元地図描画部73は、第1通過地点Qから第2通過地点Rまでの誘導経路Uを固定縮尺の二次元地図で描画するとともに、第2通過地点Rから目的地Sまでの誘導経路Uを可変縮尺の二次元地図で描画する(ステップS10)。   Subsequently, the image conversion processing unit 72 reads out the three-dimensional coordinates of each drawing target point from the acquired road map information, and applies polar coordinate conversion to each of these points, thereby forming a virtual sphere centered on the current position P. Projection is performed (step S8). A three-dimensional map is drawn by applying a sine filter to each of the projected points in the horizontal direction and the vertical direction and orthogonally projecting on the drawing plane (step S9). The two-dimensional map drawing unit 73 draws the guidance route U from the first passage point Q to the second passage point R on a fixed-scale two-dimensional map and guides from the second passage point R to the destination S. The route U is drawn with a variable-scale two-dimensional map (step S10).

そして、演算処理手段7は、画像変換処理部72により描画された三次元地図を取得するとともに、二次元地図描画部73によって描画された固定縮尺二次元地図および可変縮尺二次元地図を取得し、これら各道路地図の経路末端が連続的に接続するように連結した道路地図を画像データとして画像メモリ6内に格納する(ステップS11)。   The arithmetic processing unit 7 acquires the 3D map drawn by the image conversion processing unit 72, acquires the fixed scale 2D map and the variable scale 2D map drawn by the 2D map drawing unit 73, and A road map connected so that the route ends of these road maps are continuously connected is stored as image data in the image memory 6 (step S11).

なお、上記ステップS10は、本実施形態のように、画像表示手段5を三次元表示エリア51と、二次元固定縮尺表示エリア52と、二次元可変縮尺表示エリア53とから構成している場合にのみ行われる処理である。したがって、三次元地図のみを表示させる場合、ステップS10の処理は行われず、ステップS11では、画像変換処理部72により描画された三次元地図だけを画像データとして画像メモリ6内に格納する。   Note that step S10 is performed when the image display means 5 includes a three-dimensional display area 51, a two-dimensional fixed scale display area 52, and a two-dimensional variable scale display area 53 as in the present embodiment. It is a process that is performed only. Therefore, when displaying only a three-dimensional map, the process of step S10 is not performed, and in step S11, only the three-dimensional map drawn by the image conversion processing unit 72 is stored in the image memory 6 as image data.

つぎに、画像表示手段5は、画像メモリ6に格納された画像データに基づいて、道路地図を表示する(ステップS12)。これにより、三次元表示エリア51には、本実施形態による処理が施された描画範囲内の三次元地図が表示されるとともに、二次元固定縮尺表示エリア52には、第1通過地点Qから第2通過地点Rまでの二次元地図が表示され、二次元可変縮尺表示エリア53には、第2通過地点Rから目的地Sまでの二次元地図が表示される。   Next, the image display means 5 displays a road map based on the image data stored in the image memory 6 (step S12). Thus, the 3D display area 51 displays a 3D map within the drawing range subjected to the processing according to the present embodiment, and the 2D fixed scale display area 52 includes the first passage point Q to the first pass. A two-dimensional map up to two passing points R is displayed, and a two-dimensional map from the second passing point R to the destination S is displayed in the two-dimensional variable scale display area 53.

そして、演算処理手段7は図示しない計時手段を有しており、三次元地図表示プログラムが実行されている間は、常に、所定時間を経過したか否か判別している(ステップS13)。そして、所定時間が経過していないときは(ステップS13:NO)、所定時間が経過するまで待機する。一方、所定時間が経過したことを判別すると(ステップS13:YES)、ステップS3へと戻り、再び位置検出手段2から車両の現在位置Pを取得する。画像表示手段5に表示される道路地図は、前記所定時間を短時間に設定するほど車両の移動に合わせて円滑に更新される。   And the arithmetic processing means 7 has a time measuring means (not shown), and always determines whether or not a predetermined time has passed while the 3D map display program is being executed (step S13). And when predetermined time has not passed (step S13: NO), it waits until predetermined time passes. On the other hand, if it is determined that the predetermined time has elapsed (step S13: YES), the process returns to step S3, and the current position P of the vehicle is acquired from the position detection means 2 again. The road map displayed on the image display means 5 is updated more smoothly as the vehicle is moved as the predetermined time is set shorter.

その後、演算処理手段7は、新たに取得した現在位置Pと前回の現在位置Pとを比較して、車両が移動したかどうか判定する(ステップS4)。この結果、車両が移動していないと判定されると(ステップS4:NO)、ステップS12へと進み、車両の移動が検出されるまで同じ道路地図を表示する。一方、車両の移動が検出されると(ステップS4:YES)、上述したステップS5〜ステップS12の処理が繰り返し実行され、新たな現在位置Pから描画範囲内の三次元地図および第1通過地点Qから目的地Sまでの二次元地図を表示するようになっている。これにより、画像表示手段5においては、車両の移動に合わせてリアルタイムで道路地図が更新される。   Thereafter, the arithmetic processing means 7 compares the newly acquired current position P with the previous current position P to determine whether or not the vehicle has moved (step S4). As a result, when it is determined that the vehicle is not moving (step S4: NO), the process proceeds to step S12, and the same road map is displayed until the movement of the vehicle is detected. On the other hand, when the movement of the vehicle is detected (step S4: YES), the above-described processing of step S5 to step S12 is repeatedly executed, and the three-dimensional map and the first passing point Q within the drawing range from the new current position P. To a destination S is displayed. Thereby, in the image display means 5, a road map is updated in real time according to the movement of a vehicle.

以上のような本実施形態の三次元地図表示装置1によれば、
1.従来問題となっている三次元地図の中央付近の視認性不良を解消し、水平方向の視野角を大きく設定した三次元地図を描画したとしても、歪みを抑制しつつ、画像の中心部を相対的に大きく変形できてユーザの視認性の向上を図ることができる。
2.簡単な計算式で変換処理できるため、極座標変換のみを施す場合と比べて描画処理速度を向上することができる等の効果を奏する。
According to the 3D map display device 1 of the present embodiment as described above,
1. Even when a 3D map with a large horizontal viewing angle is drawn to eliminate the poor visibility near the center of the 3D map, which has been a problem in the past, the center of the image is relatively controlled while suppressing distortion. Therefore, the user's visibility can be improved.
2. Since the conversion process can be performed with a simple calculation formula, the drawing processing speed can be improved as compared with the case where only the polar coordinate conversion is performed.

なお、本発明に係る三次元地図表示装置1は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。   In addition, the three-dimensional map display apparatus 1 which concerns on this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can change suitably.

例えば、上述した実施形態では、本発明に係る三次元地図表示装置1をカーナビゲーション装置に適用した例について説明したが、これに限られるものではなく、携帯電話等の携帯端末に実装される歩行者用のナビゲーション装置に適用してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the example in which the three-dimensional map display device 1 according to the present invention is applied to a car navigation device has been described. However, the present invention is not limited to this, and walking implemented in a mobile terminal such as a mobile phone. It may be applied to a navigation device for a person.

本発明に係る三次元地図表示装置の一実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the three-dimensional map display apparatus which concerns on this invention. 本実施形態の画像表示手段を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the image display means of this embodiment. 本実施形態における描画範囲を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the drawing range in this embodiment. 本実施形態の画像変換処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image conversion process of this embodiment. 図3の描画範囲内の三次元地図であって、(a)透視投影法で描画した三次元地図、(b)極座標変換を施した三次元地図、および(c)本実施形態による三次元地図を示す模式図である。3 is a three-dimensional map within the drawing range of FIG. 3, (a) a three-dimensional map drawn by a perspective projection method, (b) a three-dimensional map subjected to polar coordinate transformation, and (c) a three-dimensional map according to the present embodiment. It is a schematic diagram which shows. 本実施形態において、多面体に投影した場合の描画方法を説明する模式図である。In this embodiment, it is a schematic diagram explaining the drawing method at the time of projecting on a polyhedron. 本実施形態の三次元地図表示装置およびプログラムの動作を説明するフローチャート図である。It is a flowchart figure explaining operation | movement of the three-dimensional map display apparatus and program of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 三次元地図表示装置
2 位置検出手段
3 入力手段
4 記憶手段
5 画像表示手段
6 画像メモリ
7 演算処理手段
51 三次元表示エリア
52 二次元固定縮尺表示エリア
53 二次元可変縮尺表示エリア
71 経路探索部
72 画像変換処理部
73 二次元地図描画部
O 左右中央線
P 現在位置
Q 第1通過地点
R 第2通過地点
S 目的地
U 誘導経路
A 部分領域
V 部分視錐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D map display apparatus 2 Position detection means 3 Input means 4 Memory | storage means 5 Image display means 6 Image memory 7 Arithmetic processing means 51 3D display area 52 2D fixed scale display area 53 2D variable scale display area 71 Path | route search part 72 Image conversion processing unit 73 Two-dimensional map drawing unit O Left and right center line P Current position Q First passage point R Second passage point S Destination U Guide route A Partial region V Partial visual cone

Claims (4)

道路地図情報を記憶する記憶手段と、
現在位置を検出する位置検出手段と、
前記現在位置を基準とする表示範囲内の前記道路地図情報を前記記憶手段から取得して三次元画像に変換処理する画像変換処理手段と、
三次元化された道路画像を表示する画像表示手段と
を有しており、
前記画像変換処理手段は、前記道路地図情報から得られる三次元座標を、前記現在位置を中心とする仮想立体上に投影した後、さらに、描画平面上に平行投影することにより道路画像を変形して三次元化することを特徴とする三次元地図表示装置。
Storage means for storing road map information;
Position detection means for detecting the current position;
Image conversion processing means for acquiring the road map information within a display range based on the current position from the storage means and converting the information into a three-dimensional image;
Image display means for displaying a three-dimensional road image,
The image conversion processing unit deforms the road image by projecting the three-dimensional coordinates obtained from the road map information onto a virtual solid centered on the current position, and further projecting the three-dimensional coordinates onto the drawing plane. A three-dimensional map display device characterized by three-dimensionalization.
請求項1において、前記画像変換処理手段は、前記仮想立体が球体であるとき、前記描画平面上に平行投影される座標を(X,Y)、前記現在位置を原点とする前記三次元座標を(x,y,z)とすると、以下の式
X=x/√(x+y+z
Y=y/√(x+y+z
により、三次元画像に変換処理することを特徴とする三次元地図表示装置。
2. The image conversion processing unit according to claim 1, wherein when the virtual solid is a sphere, the coordinates projected in parallel on the drawing plane are (X, Y), and the three-dimensional coordinates with the current position as an origin are used. Assuming (x, y, z), the following formula X = x / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Y = y / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
A three-dimensional map display device characterized by converting into a three-dimensional image.
道路地図情報を記憶する記憶手段と、
現在位置を検出する位置検出手段と、
前記現在位置を基準とする表示範囲内の前記道路地図情報を前記記憶手段から取得して三次元画像に変換処理する画像変換処理手段と、
三次元化された道路画像を表示する画像表示手段と
してコンピュータを実行させるとともに、
前記画像変換処理手段は、前記道路地図情報から得られる三次元座標を、前記現在位置を中心とする仮想立体上に投影した後、さらに、描画平面上に平行投影することにより道路画像を変形して三次元化するようにコンピュータを実行させることを特徴とする三次元地図表示プログラム。
Storage means for storing road map information;
Position detection means for detecting the current position;
Image conversion processing means for acquiring the road map information within a display range based on the current position from the storage means and converting the information into a three-dimensional image;
The computer is executed as an image display means for displaying a three-dimensional road image,
The image conversion processing unit deforms the road image by projecting the three-dimensional coordinates obtained from the road map information onto a virtual solid centered on the current position, and further projecting the three-dimensional coordinates onto the drawing plane. 3D map display program characterized in that a computer is executed so as to be three-dimensional.
請求項3において、前記画像変換処理手段は、前記仮想立体が球体であるとき、前記描画平面上に平行投影される座標を(X,Y)、前記現在位置を原点とする前記三次元座標を(x,y,z)とすると、以下の式
X=x/√(x+y+z
Y=y/√(x+y+z
により、三次元画像に変換処理するようにコンピュータを実行させることを特徴とする三次元地図表示プログラム。
4. The image conversion processing unit according to claim 3, wherein when the virtual solid is a sphere, the coordinates projected in parallel on the drawing plane are (X, Y), and the three-dimensional coordinates with the current position as the origin are used. Assuming (x, y, z), the following formula X = x / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
Y = y / √ (x 2 + y 2 + z 2 )
A 3D map display program that causes a computer to execute a conversion process into a 3D image.
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