JP3790011B2 - ナビゲーション装置における地図情報表示装置及び地図情報表示方法並びにナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の移動体の移動における経路や当該経路近辺の著名地物の名称等を地図と共に表示して当該移動体の移動を補助するナビゲーション装置における当該地図の鳥瞰図表示の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、車両、航空機、船舶等の各種の移動体のための測位装置として、移動体が現在存在している地点を含む地図を、CRT(Cathode Ray Tube)表示装置やLCD(Liquid Crystal Display)装置などの画面に表示し、更に地図上の当該地点に移動体の位置を示す位置マークを重畳して表示し、これに基づいて目的地までの経路誘導等を行う、いわゆるナビゲーション装置が知られている。
【0003】
これらのナビゲーション装置のうち、車両に搭載されている車両ナビゲーション装置には、大別して自立型ナビゲーション装置とGPS(Global Positioning System)型ナビゲーション装置がある。
【0004】
前者は、移動体に備えられた速度センサ、角速度センサ、方位センサ等により移動体の移動方向及び移動距離を求め、それを基準地点に加算して現在位置を算出し、算出した現在位置に基づいて、表示画面上に位置マーク及び該当する地図を表示するものである。
【0005】
また、後者は、宇宙空間に打ち上げられている複数個のGPS衛星からの電波を受信し、受信結果に基づいて3次元測量法または2次元測量法により移動体の現在位置を算出し、算出した現在位置に基づいて、表示画面上に位置マーク及び該当する地図を表示するものである。
【0006】
更に最近では、上述の自立型とGPS型の双方の機能を備えた車両ナビゲーション装置が一般化しつつある。
【0007】
このようなナビゲーション装置では、使用者が初めて通過する地域であっても迷うことなく目的地まで到達できるように、使用者の自己の現在位置と当該現在位置付近の地図とを関連付けて把握するできるように、地図表示を行っている。
【0008】
近年においては、この地図表示として一度に表示できる範囲が拡大されており、更により臨場感のある地図表示を行うことを目的として、いわゆる鳥瞰図により地図を表示することが行われている。
【0009】
ここで、前記鳥瞰図による地図表示とは、例えば、道路地図を上空から斜めに見下ろしたように、即ち、地図に対応する地形を空中の一点から透視した一点透視投影図により地図を表示させるものであり、一般には、例えばフライトシュミレータ等で広く用いられている。
【0010】
この鳥瞰図表示について図12及び図13を用いて概要を説明する。図12において、平面Pは地図を、長方形abcdは地図を表示するディスプレイの表示範囲を示している。そして、視点を図12に示す位置に設定すると、この視点から長方形abcdを通して見ることのできる地図範囲は、図12における平面P上の台形ABCDを見ているかのような画像をディスプレイ上に表示させるのが鳥瞰図表示である。
【0011】
より具体的に図13を用いて説明すると、図13は車両の現在位置から目的地までの経路周辺の道路地図を、ディスプレイ上に鳥瞰図表示させた例を示している。この図13は、現在位置を基準として目的地と反対方向の上空に視点を置き、そこから目的地方向を見下ろしたものである。このような位置に視点を置くと、図13に示すように、目的地から現在位置に近付くにつれて地図の縮尺率が連続的に増加する画像が表示される。即ち、地図を平面的に見る場合に比して現在位置周辺が拡大表示されると共に、経路を目的地近くまでの広い範囲にわたって表示することができる。
【0012】
上述の鳥瞰図表示を用いれば、地図を平面的に表示する場合に比して、格段に広い範囲を一度に表示できると共に、より実際の運転に近い臨場感のある地図表示が可能となる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の鳥瞰図表示は、標高データ等の高さのデータを用いた表示を行っていなかったため、画面に表示された最遠方の位置に、実際には山並みが形成されている場合でも、擬似的に地平線が形成されているように直線表示を行うのみであった。
【0014】
従って、山並みの見え方により方位を認識している使用者にとっては、画面表示だけでは走行方向を認識することが困難なことがあった。
【0015】
そこで、本発明は、前記問題点を解決し、山並み表示を行うことのできるナビゲーション装置における地図情報表示装置、地図表示方法、及びナビゲーション装置における地図表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の地図情報表示装置は、前記課題を解決するために、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示装置であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得し、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する高さデータ設定手段と、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する地図データ変換手段と、前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【0017】
請求項1に記載の地図情報表示装置によれば、高さデータ設定手段によって、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、地図データ変換手段によって、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示手段により表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0018】
請求項2に記載の地図情報表示装置は、前記請求項1に記載のナビゲーション装置における地図情報表示装置において、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する地図データ記憶手段を更に備えたことを特徴とする。
【0019】
請求項2に記載の地図情報表示装置によれば、地図データ記憶手段には、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、既に記憶されている前記高さデータ設定手段により設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0020】
請求項3に記載の地図情報表示方法は、前記課題を解決するために、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示方法であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程とを備えたことを特徴とする。
【0021】
請求項3に記載の地図情報表示方法によれば、まず、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0022】
請求項4に記載の地図情報表示方法は、前記請求項3に記載のナビゲーション装置における地図情報表示方法において、前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更に備えたことを特徴とする。
【0023】
請求項4に記載の地図情報表示方法によれば、前記のように設定される高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、前記設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0024】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程とを、コンピュータに実行させることを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されている。
【0025】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、まず、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0026】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記請求項5に記載の記録媒体において、前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更にコンピュータに実行させることを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されている。
【0027】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、前記のように設定される高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、前記設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明を自動車等における車両ナビゲーション装置に適用した場合について説明する。
【0029】
まず、本実施形態の車両ナビゲーション装置の全体構成について図1を用いて説明する。
【0030】
図1に示すように、本実施形態の車両ナビゲーション装置Sは、自車の方向変換時の角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する角速度センサ1と、車輪の回転に伴って出力される所定周期のパルス信号におけるパルス数をカウントすることにより車輪一回転当たりのパルス数を算出し、当該一回転当たりのパルス数に基づく走行距離データを出力する走行距離センサ2と、GPS衛星からの電波を受信してGPS測位データを出力すると共に、自車の進行方向の絶対方位データを出力するGPSレシーバ3と、相対方位データ、角速度データ、走行距離データ、GPS測位データ及び絶対方位データに基づいて、ナビゲーション装置全体の制御を行うシステムコントローラ4と、各種データを入力するためのリモコン装置等の入力装置10と、システムコントローラ4による制御の下、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)ディスクDKから車線数、道幅等を示す道路データを含む地図データや各施設の名称あるいは詳細情報を示すデータ等の各種データを読み出し、出力するCD−ROMドライブ11と、システムコントローラ4による制御の下、各種表示データを表示する表示ユニット12と、システムコントローラ4による制御の下、各種音声データを再生し、出力する音響再生ユニット17とを備えて構成されている。
【0031】
また、システムコントローラ4は、GPSレシーバ3等の外部センサとのインターフェース動作を行うインターフェース部5と、システムコントローラ4全体を制御するCPU6と、システムコントローラ4を制御する制御プログラム等が格納されたROM(Read Only Memory)7と、図示しない不揮発性メモリ等を有し、入力装置10を介して使用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納するRAM8とを備えており、入力装置10、CD−ROMドライブ11、表示ユニット12及び音響再生ユニット17とは、バスライン9を介して接続されている。
【0032】
表示ユニット12は、バスライン9を介してCPU6から送られる制御データに基づいて表示ユニット12全体の制御を行うグラフィックコントローラ13と、VRAM(Video RAM)等のメモリからなり、即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ14と、グラフィックコントローラ13から出力される画像データに基づいて、LCD装置、CRT表示装置等のディスプレイ16を表示制御する表示制御部15とを備えて構成されている。
【0033】
音響再生ユニット17は、CD−ROMドライブ11またはRAM8からバスライン9を介して送られる音声ディジタルデータのD/A変換を行うD/Aコンバータ18と、D/Aコンバータ18から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器19と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して外部出力するスピーカ20とを備えて構成されている。
【0034】
本実施形態のナビゲーション装置は、以上のような構成により、使用者が入力装置10により目的地点等を入力すると、この入力情報を基にシステムコントローラ4によりCD−ROMディスクDK内に記憶された地図データ等を読み出し、表示ユニット12に表示するようになっている。
【0035】
そして、この地図表示の方法には、道路地図を上空から斜めに見下ろしたように、地図に対応する地形を空中の一点から透視した一点透視投影図により地図を表示させる鳥瞰図表示方法が採られる。鳥瞰図表示により広範囲の地図を表示することができ、自車の進行方向を大局的に把握することができる。
【0036】
しかし、地平領域に山並みが存在する地形の場合には、この山並みの見え方によって、方向をより一層正確に認識することができる。
【0037】
そこで、本実施形態においては、鳥瞰図表示された地図の奥行き方向の所定位置に、擬似的な地平線を設け、該擬似的な地平線よりも更に奥行き方向の地図データとして記録しておいた標高データに基づいて、前記擬似的な地平線上に山並み形状を形成し、この山並み形状を前記のように鳥瞰図表示することにより、ディスプレイ16上に山並み表示を行うように構成したものである。
【0038】
以下、本実施形態における地図表示処理について説明する。
【0039】
まず、図2のフローチャートを用いて、本実施形態における地図表示処理の全体を説明する。なお、以下に説明する地図表示処理は、高さデータ設定手段、地図データ変換手段として機能するCPU6またはグラフィックコントローラ13において実行されるものであり、車両ナビゲーション装置S全体を制御してナビゲーション動作を実行するメインナビゲーションプログラムの一部として実行される。従って、メインナビゲーションプログラム実行中に所定の指定操作が入力装置10において行われたとき、以下の地図表示処理が行われることになる。
【0040】
また、以下の処理を実現するための制御プログラムは、記録媒体としてのCD−ROMディスクDKに予め格納されており、必要に応じてCD−ROMドライブ11を介して読み出されるものである。
【0041】
まず、入力装置10において、地図表示を鳥瞰図表示にする旨の指示が入力されたとき、所定のメインナビゲーションプログラムから次の処理が実行される。
【0042】
始めに、現在地から目的地までの通過予定経路としての設定経路が設定され、RAM8に記憶されているか否かが判定される。そして、設定経路が設定されている場合には、当該設定経路がより遠方まで表示されるように鳥瞰図変換における視線の方位(以下、表示方位という)が当該設定経路を含むように算出される(ステップS1)。次に、当該算出された表示方位と車両の現在位置を考慮して、当該現在位位置を含み、かつ、表示方位で示される方向の表示位置周辺の地図データ(地点名称当の文字データを含む)がCD−ROMディスクDKからCD−ROMディスクドライブ11を介して読み出され、RAM8に一時的に記憶される(ステップS2)。
【0043】
また、設定経路が設定されていない場合には、車両の現在位置及び現在の進行方向を考慮して当該進行方向が前記表示方位として算出され、上述と同様に表示位置周辺の地図データの読み込みが行われる。
【0044】
必要な地図データがRAM8に記憶されると、次に、記憶されている地図データから当該地図データに含まれる道路データ、川などの背景データ、及び名称データ(地点名称、著名施設名、道路名等を表す文字そのもの及び学校、警察署、工場等の地図記号を表す図形並びにコンビニエンスストア、ガソリンスタンド等を示す指標(ランドマーク)を表す図形を含む)が抽出され、座標変換処理が行われる(ステップS3)。この処理の詳細については、後述する。
【0045】
次に、擬似地平線を設ける位置を設定し、RAM8に一時的に記憶させる(ステップS4)。なお、この擬似地平線の位置設定処理の詳細については後述する。
【0046】
そして、この擬似地平線から更に奥行き方向の所定領域における標高データをサンプリングして、擬似地平線上に投影される山並み表示データを作成する(ステップS5)。この山並み表示データの作成処理については詳しくは後述する。
【0047】
次に、RAM8に格納されている前記それぞれの地図データを、ディスプレイ16に表示すべき一枚の地図画像データに変換し(ステップS6)、次に、CPU6により算出された車両の現在位置に対応する現在位置指標並びに設定経路上の目的地までの距離等の付加情報に対応する画像の画像データを作成し(ステップS7)、最後にこれらの地図画像データ及び車両・付加情報画像データを画像メモリに格納し(ステップS8)、ナビゲーションプログラムに戻る。
【0048】
その後は、表示制御部15により制御されるタイミングで地図画像データ及び車両・付加情報画像データが画像メモリから読み出され、対応する表示地図がディスプレイ16に表示されることとなる。
【0049】
次に、前記ステップS3の鳥瞰図データ座標変換処理について説明する。鳥瞰図は、図3に示すように、(X,Y,Z)座標軸における(X,Y)平面を基準として表現される地図ABCD領域を視点E(X0,Y0,Z0)から(X,Y)平面上の参照点B(Xb,Yb,0)に向けて俯角θで見下ろした映像を、その視線方向に対して垂直に配置された視平面Gに投影させることにより得られる画像である。このとき、視点Eからの前記視覚方向は、XY平面におけるX軸を基準として角度αを有するものとする。即ち、当該角度αはディスプレイ16上に表示される地図の表示方位となる。
【0050】
更に、視点Eと視平面Gとの距離をVdとする。そして、視平面Gにおける中央線(縦線)を基準線とし、当該基準線上にある所定の点Qを一点透視投影における基準点とする。即ち、当該基準点Qは地図上においてXY平面として考えたときの視点Eと参照点Bとを結ぶ直線上にある点となる。
【0051】
次に、実際に地図データを鳥瞰地図データに変換する処理を図4のフローチャートに基づいて説明する。
【0052】
なお、鳥瞰地図データの変換処理においては、車両の現在位置P0を視点Eから地図上(XY平面上)に下ろした垂線の足となる位置とする方法と、現在位置P0を基準点Qとする方法があるが、両者に基本的な相異はないので、ここでは説明の明確化のために、現在位置P0が基準点Qであり、更に当該基準点Qが前記参照点Bと一致している場合について説明する。
【0053】
図4に示すように、始めに、現在位置P0が基準点Q及び参照点Bとして設定され(ステップS71)、次に、視点Eの高さhが入力装置10から入力されると、これに基づいて俯角θが算出され、更に前記表示方位αが読み出される(ステップS72)。次に、視点E(X0,Y0,Z0)の座標が参照点B(Xb,Yb,0)を基準として以下の式により算出される(ステップS73)。
【0054】
X0=Xb−h×cosα/tanθ
Y0=Yb−h×sinα/tanθ
Z0=h
次に、地図データに対して、前記算出された視点Eの座標に基づいて鳥瞰図変換を施す(ステップS74)。ステップS74においては、XY平面上の任意の点M(Mx,My,Mz)を、対応する視平面Gにおける点S(Sx,Sy)に座標変換する場合に、以下の[数1]に示す関係式(行列式)が用いられる。
【0055】
【数1】
なお、前記[数1]において、「Ex」、「Ey」及び「Ez」は、視点Eから見た点Mの3次元表示(視点Eからの奥行をも加味した表示)における座標値であり、点Mの座標を、「Ex」、「Ey」及び「Ez」で示される座標に一旦変換した後に、これらを用いて視平面G上の点Sへの変換が行われている。
【0056】
そして、一つの点Mについて点S(Sx,Sy)(Szについては、元々零であるので省略している)が算出されると、変換すべき地図データ上の全ての点Mについて、同様に対応する視平面G上の点Sへの座標変換を行い、全ての点Mについての座標変換が終了した後、それらをRAM8に格納して地図データとする。以上の処理により鳥瞰地図データ変換が行われる。
【0057】
また、本実施形態においては、名称データについても3次元座標変換を行っている。名称データは、いわゆるベクトルフォントとしてCD−ROMディスクDKに記憶されており、このベクトルフォントとしての名称データを構成する各線分における始点と終点の座標に対して、上述したような[数1]による座標変換を行っている。
【0058】
ここで、ベクトルフォントとは、一つの文字や記号を構成する直線が、その始点を示す始点座標と、その終点を示す終点座標で表されているものをいう。より具体的には、例えば、「未」という文字を示すベクトルフォントには、それぞれの横線または縦線を示す始点座標及び終点座標が、所定の基準点を基準とした相対座標として含まれている。なお、文字等における斜線または曲線については、それぞれ横線または縦線の組み合わせとして表現されており、当該横線または縦線の始点座標、及び終点座標を含むことにより、斜線または曲線を示すベクトルフォントが構成されている。
【0059】
なお、名称データは、ベクトルフォントで構成する必要はなく、いわゆるイメージフォントとして構成しても良い。イメージフォントとは、一つの文字や記号が、上述のベクトルフォントのような線分ごとの座標として含まれるのではなく、文字または記号が一つの画像データとして、ディスプレイ20における画素(ドット)の集合として表されているものをいう。
【0060】
更に、名称データを、名称データ以外の地図データと共に、一体的に画像データ(イメージデータ)として構成しても良い。
【0061】
次に、図2のステップS4の擬似地平線の位置設定処理について説明する。図10(A)はXY平面をY軸上の点から見た図であり、XY平面上に地図が表されているものとする。ここで、俯角をθ1とする視点E1と、俯角をθ2(θ2<θ1)とする視点E2におくとすると、俯角が図10(A)に示すθLimitよりも大きいθ1となる視点E1の場合は、平面図に近い表示となるため、擬似地平線を表示すると違和感を感じさせることになる。
【0062】
そこで、図11に示すように、まず、俯角θと基準角度θLimitとを比較し(ステップS20)、俯角θが基準角度θLimitよりも大きい時には(ステップS20;NO)、擬似地平線を設けないことにした。
【0063】
一方、俯角θが基準角度θLimitよりも小さい時には(ステップS20;YES)、見下ろし点Oからの奥行き距離Lを算出し(ステップS21)、この奥行き距離Lが最短描画距離Lminよりも大きい時に(ステップS22;NO)、図10(B)に示す擬似地平線幅Dを設定することにした(ステップS23)。
【0064】
このように、俯角θが小さく、縮尺率が小さい時には、見下ろし点OとL2との間の距離が大きくなり、最短描画距離Lminを超えるので、例えば図11に示すL2’の位置に擬似地平線を設定する。そして、この擬似的地平線の位置L2’上に山並み表示データを作成するのである。
【0065】
但し、俯角θが小さい場合でも、拡大図を表示している時は、見下ろし点OとL2との距離が小さいので、違和感が生じるのを防ぐために擬似地平線は表示しないことにしている。
【0066】
次に、図2のステップS5の山並み表示データ作成処理について図5及び図6を用いて説明する。
【0067】
始めに、山並み表示データ作成に必要な標高データが、RAM8に記憶されているか否かを判定する(ステップS10)。記憶されていない場合には(ステップS10;NO)、必要な標高データをRAM8に読み込む(ステップS11)。
【0068】
この標高データは、図6に示すように地図データを管理するメッシュ内に記憶されている。1グリッド内には図6に示すように、N(=n*m)個のメッシュが形成されており、滑らかな山並み表示を行うのに十分な数の標高データが記録されている。
【0069】
また、前記の必要なデータとは、擬似地平線よりも更に鳥瞰図の視線方向奧側のデータである。この擬似地平線が設定される位置は、上述したように、前記鳥瞰図変換における前記俯角が極めて小さくなり、ディスプレイ16上での視認が困難になる領域となっている。このような領域は、視認が困難であるにも拘わらず、描画データとしては多数のデータが存在するため、これらを全て記憶しておくと、メモリを無駄に消費してしまうことになる。そこで、前記領域における所定の位置に、擬似地平線を設け、これより奧側の描画データについては、表示しないこととした。
【0070】
しかし、この擬似地平線以降を単に空の表示のみとしてしまうと、方位の認識が困難になるため、本実施形態では、擬似地平線上に山並み表示を行うようにしたのである。
【0071】
図7に擬似地平線以降の標高データを3次元表示した例を示す。図7における視点E’は、図3に示す鳥瞰図変換の際の視点Eから下した垂線の足に当たる点であり、本実施形態では、この視点E’からの視線方向に沿って、標高データをサンプリングする。
【0072】
これにより、一つの視線方向には、メッシュの数に応じた個数の標高データがサンプリングされることになり、これが所定の角度ごとに左右に見渡した時の各視線方向分だけ存在する。
【0073】
そこで、本実施形態では、この標高データの総数Nを取得して、前記各視線方向ごとに擬似地平線上での描画座標に変換する(ステップS14)。この変換処理は、まず、前記各視線方向ごとに、各標高データを擬似地平線上の座標に変換し、更に、上述した鳥瞰図変換を行う。これを繰り返すと、最終的には、最も大きな値の標高データが擬似地平線上のデータとして変換されることになる。
【0074】
図7の例では、B点での高さはh2である。XY平面上の視点E’から見て、B点を擬似地平線のA点に投影した場合、B点から高さh2離れたB’点はA点からh1離れたA’点に投影される。
【0075】
同様に、C点での高さはh3である。C点を擬似地平線に投影した場合、XY平面上の視点E’から見てC点はB点と同一視線方向なので前記B点と同様にA点に投影される。従って、C点から高さh3離れたC’点は、A点からh4離れたA”点に投影される。
【0076】
この時、XY平面上のA点には高さh2とh3のデータが投影されるが、山並みデータとしては最も大きな値の高さデータである、A−A’間の高さh1を使用する。
【0077】
以上の処理を前記総数Nが0になるまで繰り返すと(ステップS15〜ステップS13〜ステップS14)、擬似地平線上には、前記各視線方向にて最も大きな値の標高データが残ることになり、これらの擬似地平線上の各座標を接続して、山並み表示データを作成する(ステップS16)。
【0078】
これにより、擬似地平線上には、図8(A)に示すように山並み形状が形成され、XY平面上で視点E’から見た場合には図8(B)に示すような山並み形状を再現することができる。
【0079】
そして、以上のようにして作成された山並み表示データ、鳥瞰図データ、車両/付加情報を地図画像データに変換して、画像メモリに格納し、ディスプレイ16に表示させた図が図9である。図9に示すように、画面奥行き方向に山並みが表示され、方向をより正確に認識することができる。
【0080】
また、上述した実施形態では、随時標高データを描画座標に変換する例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、各メッシュに予め各方向から見た山並み形状を示す座標変換された標高データを記録させておき、擬似地平線より奧方向のメッシュから直接に当該座標変換された標高データを読み出すように構成しても良い。そして、XY平面上の視点E’から見て、各要素点を前記の手法と同様に擬似地平線上に標高データを投影した後、視点Eから鳥瞰図変換しても良い。
【0081】
このように構成すれば、標高データを読み出すメッシュの数を少なくでき、処理の高速化を図ることができる。
【0082】
【発明の効果】
請求項1に記載の地図情報表示装置によれば、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータを取得して、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定し、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示を行うので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0083】
請求項2に記載の地図情報表示装置によれば、地図データ記憶手段により、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶するので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【0084】
請求項3に記載の地図情報表示方法によれば、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータを取得して、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定し、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示を行うので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0085】
請求項4に記載の地図情報表示方法によれば、前記のように設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶するので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【0086】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータが取得され、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定され、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示が行われるので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0087】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、前記のように設定された高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されるので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるナビゲーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態における地図情報表示制御処理の全体を示すフローチャートである。
【図3】鳥瞰図変換を説明する図である。
【図4】鳥瞰図変換の処理を示すフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態における山並み表示データ作成処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態における地図データ管理用のメッシュを説明する図である。
【図7】本発明の一実施形態における高さデータ設定処理を説明する図である。
【図8】(A),(B)は本発明の一実施形態における山並み表示の一例を示す図である。
【図9】本発明の一実施形態における山並み表示を含む地図表示例を示す図である。
【図10】(A)は本発明の一実施形態における擬似地平線位置の設定処理を説明する図、(B)は視平面上の擬似地平線の幅を示す図である。
【図11】本発明の一実施形態における擬似地平線位置の設定処理のフローチャートである。
【図12】鳥瞰図変換の概要を示す図である。
【図13】鳥瞰地図表示の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…角速度センサ
2…走行距離センサ
3…GPSセンサ
4…システムコントローラ
5…インターフェース
6…CPU
7…ROM
8…RAM
9…バスライン
10…入力装置
11…CD−ROMドライブ
12…表示ユニット
13…グラフィックコントローラ
14…バッファメモリ
15…表示制御部
16…ディスプレイ
17…音響再生ユニット
18…D/Aコンバータ
19…増幅器
20…スピーカ
S…ナビゲーション装置
DK…CD−ROMディスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の移動体の移動における経路や当該経路近辺の著名地物の名称等を地図と共に表示して当該移動体の移動を補助するナビゲーション装置における当該地図の鳥瞰図表示の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、車両、航空機、船舶等の各種の移動体のための測位装置として、移動体が現在存在している地点を含む地図を、CRT(Cathode Ray Tube)表示装置やLCD(Liquid Crystal Display)装置などの画面に表示し、更に地図上の当該地点に移動体の位置を示す位置マークを重畳して表示し、これに基づいて目的地までの経路誘導等を行う、いわゆるナビゲーション装置が知られている。
【0003】
これらのナビゲーション装置のうち、車両に搭載されている車両ナビゲーション装置には、大別して自立型ナビゲーション装置とGPS(Global Positioning System)型ナビゲーション装置がある。
【0004】
前者は、移動体に備えられた速度センサ、角速度センサ、方位センサ等により移動体の移動方向及び移動距離を求め、それを基準地点に加算して現在位置を算出し、算出した現在位置に基づいて、表示画面上に位置マーク及び該当する地図を表示するものである。
【0005】
また、後者は、宇宙空間に打ち上げられている複数個のGPS衛星からの電波を受信し、受信結果に基づいて3次元測量法または2次元測量法により移動体の現在位置を算出し、算出した現在位置に基づいて、表示画面上に位置マーク及び該当する地図を表示するものである。
【0006】
更に最近では、上述の自立型とGPS型の双方の機能を備えた車両ナビゲーション装置が一般化しつつある。
【0007】
このようなナビゲーション装置では、使用者が初めて通過する地域であっても迷うことなく目的地まで到達できるように、使用者の自己の現在位置と当該現在位置付近の地図とを関連付けて把握するできるように、地図表示を行っている。
【0008】
近年においては、この地図表示として一度に表示できる範囲が拡大されており、更により臨場感のある地図表示を行うことを目的として、いわゆる鳥瞰図により地図を表示することが行われている。
【0009】
ここで、前記鳥瞰図による地図表示とは、例えば、道路地図を上空から斜めに見下ろしたように、即ち、地図に対応する地形を空中の一点から透視した一点透視投影図により地図を表示させるものであり、一般には、例えばフライトシュミレータ等で広く用いられている。
【0010】
この鳥瞰図表示について図12及び図13を用いて概要を説明する。図12において、平面Pは地図を、長方形abcdは地図を表示するディスプレイの表示範囲を示している。そして、視点を図12に示す位置に設定すると、この視点から長方形abcdを通して見ることのできる地図範囲は、図12における平面P上の台形ABCDを見ているかのような画像をディスプレイ上に表示させるのが鳥瞰図表示である。
【0011】
より具体的に図13を用いて説明すると、図13は車両の現在位置から目的地までの経路周辺の道路地図を、ディスプレイ上に鳥瞰図表示させた例を示している。この図13は、現在位置を基準として目的地と反対方向の上空に視点を置き、そこから目的地方向を見下ろしたものである。このような位置に視点を置くと、図13に示すように、目的地から現在位置に近付くにつれて地図の縮尺率が連続的に増加する画像が表示される。即ち、地図を平面的に見る場合に比して現在位置周辺が拡大表示されると共に、経路を目的地近くまでの広い範囲にわたって表示することができる。
【0012】
上述の鳥瞰図表示を用いれば、地図を平面的に表示する場合に比して、格段に広い範囲を一度に表示できると共に、より実際の運転に近い臨場感のある地図表示が可能となる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の鳥瞰図表示は、標高データ等の高さのデータを用いた表示を行っていなかったため、画面に表示された最遠方の位置に、実際には山並みが形成されている場合でも、擬似的に地平線が形成されているように直線表示を行うのみであった。
【0014】
従って、山並みの見え方により方位を認識している使用者にとっては、画面表示だけでは走行方向を認識することが困難なことがあった。
【0015】
そこで、本発明は、前記問題点を解決し、山並み表示を行うことのできるナビゲーション装置における地図情報表示装置、地図表示方法、及びナビゲーション装置における地図表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを課題としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の地図情報表示装置は、前記課題を解決するために、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示装置であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得し、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する高さデータ設定手段と、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する地図データ変換手段と、前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。
【0017】
請求項1に記載の地図情報表示装置によれば、高さデータ設定手段によって、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、地図データ変換手段によって、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示手段により表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0018】
請求項2に記載の地図情報表示装置は、前記請求項1に記載のナビゲーション装置における地図情報表示装置において、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する地図データ記憶手段を更に備えたことを特徴とする。
【0019】
請求項2に記載の地図情報表示装置によれば、地図データ記憶手段には、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、既に記憶されている前記高さデータ設定手段により設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0020】
請求項3に記載の地図情報表示方法は、前記課題を解決するために、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示方法であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程とを備えたことを特徴とする。
【0021】
請求項3に記載の地図情報表示方法によれば、まず、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0022】
請求項4に記載の地図情報表示方法は、前記請求項3に記載のナビゲーション装置における地図情報表示方法において、前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更に備えたことを特徴とする。
【0023】
請求項4に記載の地図情報表示方法によれば、前記のように設定される高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、前記設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0024】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程とを、コンピュータに実行させることを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されている。
【0025】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、まず、地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、地形の高さデータが取得される。この高さデータは、前記一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の高さデータであり、地図として描画される領域外のデータである。そして、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記視平面と地上面との交線上の各座標、即ち地図として描画される領域端における高さデータとして設定される。次に、前記のようにして設定された高さデータを含む地図データが、前記一視点を通る垂線上の空中視点から、前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換され、鳥瞰地図データとして出力される。そして、この鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図が表示されることになる。従って、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、方位の認識が容易となる。
【0026】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記請求項5に記載の記録媒体において、前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更にコンピュータに実行させることを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されている。
【0027】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、前記のように設定される高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されているので、前記鳥瞰図変換を行うための前記空中視点及び前記空中視点に対応する前記一視点が定まると、その定められた一視点に対応する座標から、前記設定された高さデータが取得され、処理の高速化が図られる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明を自動車等における車両ナビゲーション装置に適用した場合について説明する。
【0029】
まず、本実施形態の車両ナビゲーション装置の全体構成について図1を用いて説明する。
【0030】
図1に示すように、本実施形態の車両ナビゲーション装置Sは、自車の方向変換時の角速度を検出し、角速度データ及び相対方位データを出力する角速度センサ1と、車輪の回転に伴って出力される所定周期のパルス信号におけるパルス数をカウントすることにより車輪一回転当たりのパルス数を算出し、当該一回転当たりのパルス数に基づく走行距離データを出力する走行距離センサ2と、GPS衛星からの電波を受信してGPS測位データを出力すると共に、自車の進行方向の絶対方位データを出力するGPSレシーバ3と、相対方位データ、角速度データ、走行距離データ、GPS測位データ及び絶対方位データに基づいて、ナビゲーション装置全体の制御を行うシステムコントローラ4と、各種データを入力するためのリモコン装置等の入力装置10と、システムコントローラ4による制御の下、CD−ROM(Compact Disk Read Only Memory)ディスクDKから車線数、道幅等を示す道路データを含む地図データや各施設の名称あるいは詳細情報を示すデータ等の各種データを読み出し、出力するCD−ROMドライブ11と、システムコントローラ4による制御の下、各種表示データを表示する表示ユニット12と、システムコントローラ4による制御の下、各種音声データを再生し、出力する音響再生ユニット17とを備えて構成されている。
【0031】
また、システムコントローラ4は、GPSレシーバ3等の外部センサとのインターフェース動作を行うインターフェース部5と、システムコントローラ4全体を制御するCPU6と、システムコントローラ4を制御する制御プログラム等が格納されたROM(Read Only Memory)7と、図示しない不揮発性メモリ等を有し、入力装置10を介して使用者により予め設定された経路データ等の各種データを読み出し可能に格納するRAM8とを備えており、入力装置10、CD−ROMドライブ11、表示ユニット12及び音響再生ユニット17とは、バスライン9を介して接続されている。
【0032】
表示ユニット12は、バスライン9を介してCPU6から送られる制御データに基づいて表示ユニット12全体の制御を行うグラフィックコントローラ13と、VRAM(Video RAM)等のメモリからなり、即時表示可能な画像情報を一時的に記憶するバッファメモリ14と、グラフィックコントローラ13から出力される画像データに基づいて、LCD装置、CRT表示装置等のディスプレイ16を表示制御する表示制御部15とを備えて構成されている。
【0033】
音響再生ユニット17は、CD−ROMドライブ11またはRAM8からバスライン9を介して送られる音声ディジタルデータのD/A変換を行うD/Aコンバータ18と、D/Aコンバータ18から出力される音声アナログ信号を増幅する増幅器19と、増幅された音声アナログ信号を音声に変換して外部出力するスピーカ20とを備えて構成されている。
【0034】
本実施形態のナビゲーション装置は、以上のような構成により、使用者が入力装置10により目的地点等を入力すると、この入力情報を基にシステムコントローラ4によりCD−ROMディスクDK内に記憶された地図データ等を読み出し、表示ユニット12に表示するようになっている。
【0035】
そして、この地図表示の方法には、道路地図を上空から斜めに見下ろしたように、地図に対応する地形を空中の一点から透視した一点透視投影図により地図を表示させる鳥瞰図表示方法が採られる。鳥瞰図表示により広範囲の地図を表示することができ、自車の進行方向を大局的に把握することができる。
【0036】
しかし、地平領域に山並みが存在する地形の場合には、この山並みの見え方によって、方向をより一層正確に認識することができる。
【0037】
そこで、本実施形態においては、鳥瞰図表示された地図の奥行き方向の所定位置に、擬似的な地平線を設け、該擬似的な地平線よりも更に奥行き方向の地図データとして記録しておいた標高データに基づいて、前記擬似的な地平線上に山並み形状を形成し、この山並み形状を前記のように鳥瞰図表示することにより、ディスプレイ16上に山並み表示を行うように構成したものである。
【0038】
以下、本実施形態における地図表示処理について説明する。
【0039】
まず、図2のフローチャートを用いて、本実施形態における地図表示処理の全体を説明する。なお、以下に説明する地図表示処理は、高さデータ設定手段、地図データ変換手段として機能するCPU6またはグラフィックコントローラ13において実行されるものであり、車両ナビゲーション装置S全体を制御してナビゲーション動作を実行するメインナビゲーションプログラムの一部として実行される。従って、メインナビゲーションプログラム実行中に所定の指定操作が入力装置10において行われたとき、以下の地図表示処理が行われることになる。
【0040】
また、以下の処理を実現するための制御プログラムは、記録媒体としてのCD−ROMディスクDKに予め格納されており、必要に応じてCD−ROMドライブ11を介して読み出されるものである。
【0041】
まず、入力装置10において、地図表示を鳥瞰図表示にする旨の指示が入力されたとき、所定のメインナビゲーションプログラムから次の処理が実行される。
【0042】
始めに、現在地から目的地までの通過予定経路としての設定経路が設定され、RAM8に記憶されているか否かが判定される。そして、設定経路が設定されている場合には、当該設定経路がより遠方まで表示されるように鳥瞰図変換における視線の方位(以下、表示方位という)が当該設定経路を含むように算出される(ステップS1)。次に、当該算出された表示方位と車両の現在位置を考慮して、当該現在位位置を含み、かつ、表示方位で示される方向の表示位置周辺の地図データ(地点名称当の文字データを含む)がCD−ROMディスクDKからCD−ROMディスクドライブ11を介して読み出され、RAM8に一時的に記憶される(ステップS2)。
【0043】
また、設定経路が設定されていない場合には、車両の現在位置及び現在の進行方向を考慮して当該進行方向が前記表示方位として算出され、上述と同様に表示位置周辺の地図データの読み込みが行われる。
【0044】
必要な地図データがRAM8に記憶されると、次に、記憶されている地図データから当該地図データに含まれる道路データ、川などの背景データ、及び名称データ(地点名称、著名施設名、道路名等を表す文字そのもの及び学校、警察署、工場等の地図記号を表す図形並びにコンビニエンスストア、ガソリンスタンド等を示す指標(ランドマーク)を表す図形を含む)が抽出され、座標変換処理が行われる(ステップS3)。この処理の詳細については、後述する。
【0045】
次に、擬似地平線を設ける位置を設定し、RAM8に一時的に記憶させる(ステップS4)。なお、この擬似地平線の位置設定処理の詳細については後述する。
【0046】
そして、この擬似地平線から更に奥行き方向の所定領域における標高データをサンプリングして、擬似地平線上に投影される山並み表示データを作成する(ステップS5)。この山並み表示データの作成処理については詳しくは後述する。
【0047】
次に、RAM8に格納されている前記それぞれの地図データを、ディスプレイ16に表示すべき一枚の地図画像データに変換し(ステップS6)、次に、CPU6により算出された車両の現在位置に対応する現在位置指標並びに設定経路上の目的地までの距離等の付加情報に対応する画像の画像データを作成し(ステップS7)、最後にこれらの地図画像データ及び車両・付加情報画像データを画像メモリに格納し(ステップS8)、ナビゲーションプログラムに戻る。
【0048】
その後は、表示制御部15により制御されるタイミングで地図画像データ及び車両・付加情報画像データが画像メモリから読み出され、対応する表示地図がディスプレイ16に表示されることとなる。
【0049】
次に、前記ステップS3の鳥瞰図データ座標変換処理について説明する。鳥瞰図は、図3に示すように、(X,Y,Z)座標軸における(X,Y)平面を基準として表現される地図ABCD領域を視点E(X0,Y0,Z0)から(X,Y)平面上の参照点B(Xb,Yb,0)に向けて俯角θで見下ろした映像を、その視線方向に対して垂直に配置された視平面Gに投影させることにより得られる画像である。このとき、視点Eからの前記視覚方向は、XY平面におけるX軸を基準として角度αを有するものとする。即ち、当該角度αはディスプレイ16上に表示される地図の表示方位となる。
【0050】
更に、視点Eと視平面Gとの距離をVdとする。そして、視平面Gにおける中央線(縦線)を基準線とし、当該基準線上にある所定の点Qを一点透視投影における基準点とする。即ち、当該基準点Qは地図上においてXY平面として考えたときの視点Eと参照点Bとを結ぶ直線上にある点となる。
【0051】
次に、実際に地図データを鳥瞰地図データに変換する処理を図4のフローチャートに基づいて説明する。
【0052】
なお、鳥瞰地図データの変換処理においては、車両の現在位置P0を視点Eから地図上(XY平面上)に下ろした垂線の足となる位置とする方法と、現在位置P0を基準点Qとする方法があるが、両者に基本的な相異はないので、ここでは説明の明確化のために、現在位置P0が基準点Qであり、更に当該基準点Qが前記参照点Bと一致している場合について説明する。
【0053】
図4に示すように、始めに、現在位置P0が基準点Q及び参照点Bとして設定され(ステップS71)、次に、視点Eの高さhが入力装置10から入力されると、これに基づいて俯角θが算出され、更に前記表示方位αが読み出される(ステップS72)。次に、視点E(X0,Y0,Z0)の座標が参照点B(Xb,Yb,0)を基準として以下の式により算出される(ステップS73)。
【0054】
X0=Xb−h×cosα/tanθ
Y0=Yb−h×sinα/tanθ
Z0=h
次に、地図データに対して、前記算出された視点Eの座標に基づいて鳥瞰図変換を施す(ステップS74)。ステップS74においては、XY平面上の任意の点M(Mx,My,Mz)を、対応する視平面Gにおける点S(Sx,Sy)に座標変換する場合に、以下の[数1]に示す関係式(行列式)が用いられる。
【0055】
【数1】
なお、前記[数1]において、「Ex」、「Ey」及び「Ez」は、視点Eから見た点Mの3次元表示(視点Eからの奥行をも加味した表示)における座標値であり、点Mの座標を、「Ex」、「Ey」及び「Ez」で示される座標に一旦変換した後に、これらを用いて視平面G上の点Sへの変換が行われている。
【0056】
そして、一つの点Mについて点S(Sx,Sy)(Szについては、元々零であるので省略している)が算出されると、変換すべき地図データ上の全ての点Mについて、同様に対応する視平面G上の点Sへの座標変換を行い、全ての点Mについての座標変換が終了した後、それらをRAM8に格納して地図データとする。以上の処理により鳥瞰地図データ変換が行われる。
【0057】
また、本実施形態においては、名称データについても3次元座標変換を行っている。名称データは、いわゆるベクトルフォントとしてCD−ROMディスクDKに記憶されており、このベクトルフォントとしての名称データを構成する各線分における始点と終点の座標に対して、上述したような[数1]による座標変換を行っている。
【0058】
ここで、ベクトルフォントとは、一つの文字や記号を構成する直線が、その始点を示す始点座標と、その終点を示す終点座標で表されているものをいう。より具体的には、例えば、「未」という文字を示すベクトルフォントには、それぞれの横線または縦線を示す始点座標及び終点座標が、所定の基準点を基準とした相対座標として含まれている。なお、文字等における斜線または曲線については、それぞれ横線または縦線の組み合わせとして表現されており、当該横線または縦線の始点座標、及び終点座標を含むことにより、斜線または曲線を示すベクトルフォントが構成されている。
【0059】
なお、名称データは、ベクトルフォントで構成する必要はなく、いわゆるイメージフォントとして構成しても良い。イメージフォントとは、一つの文字や記号が、上述のベクトルフォントのような線分ごとの座標として含まれるのではなく、文字または記号が一つの画像データとして、ディスプレイ20における画素(ドット)の集合として表されているものをいう。
【0060】
更に、名称データを、名称データ以外の地図データと共に、一体的に画像データ(イメージデータ)として構成しても良い。
【0061】
次に、図2のステップS4の擬似地平線の位置設定処理について説明する。図10(A)はXY平面をY軸上の点から見た図であり、XY平面上に地図が表されているものとする。ここで、俯角をθ1とする視点E1と、俯角をθ2(θ2<θ1)とする視点E2におくとすると、俯角が図10(A)に示すθLimitよりも大きいθ1となる視点E1の場合は、平面図に近い表示となるため、擬似地平線を表示すると違和感を感じさせることになる。
【0062】
そこで、図11に示すように、まず、俯角θと基準角度θLimitとを比較し(ステップS20)、俯角θが基準角度θLimitよりも大きい時には(ステップS20;NO)、擬似地平線を設けないことにした。
【0063】
一方、俯角θが基準角度θLimitよりも小さい時には(ステップS20;YES)、見下ろし点Oからの奥行き距離Lを算出し(ステップS21)、この奥行き距離Lが最短描画距離Lminよりも大きい時に(ステップS22;NO)、図10(B)に示す擬似地平線幅Dを設定することにした(ステップS23)。
【0064】
このように、俯角θが小さく、縮尺率が小さい時には、見下ろし点OとL2との間の距離が大きくなり、最短描画距離Lminを超えるので、例えば図11に示すL2’の位置に擬似地平線を設定する。そして、この擬似的地平線の位置L2’上に山並み表示データを作成するのである。
【0065】
但し、俯角θが小さい場合でも、拡大図を表示している時は、見下ろし点OとL2との距離が小さいので、違和感が生じるのを防ぐために擬似地平線は表示しないことにしている。
【0066】
次に、図2のステップS5の山並み表示データ作成処理について図5及び図6を用いて説明する。
【0067】
始めに、山並み表示データ作成に必要な標高データが、RAM8に記憶されているか否かを判定する(ステップS10)。記憶されていない場合には(ステップS10;NO)、必要な標高データをRAM8に読み込む(ステップS11)。
【0068】
この標高データは、図6に示すように地図データを管理するメッシュ内に記憶されている。1グリッド内には図6に示すように、N(=n*m)個のメッシュが形成されており、滑らかな山並み表示を行うのに十分な数の標高データが記録されている。
【0069】
また、前記の必要なデータとは、擬似地平線よりも更に鳥瞰図の視線方向奧側のデータである。この擬似地平線が設定される位置は、上述したように、前記鳥瞰図変換における前記俯角が極めて小さくなり、ディスプレイ16上での視認が困難になる領域となっている。このような領域は、視認が困難であるにも拘わらず、描画データとしては多数のデータが存在するため、これらを全て記憶しておくと、メモリを無駄に消費してしまうことになる。そこで、前記領域における所定の位置に、擬似地平線を設け、これより奧側の描画データについては、表示しないこととした。
【0070】
しかし、この擬似地平線以降を単に空の表示のみとしてしまうと、方位の認識が困難になるため、本実施形態では、擬似地平線上に山並み表示を行うようにしたのである。
【0071】
図7に擬似地平線以降の標高データを3次元表示した例を示す。図7における視点E’は、図3に示す鳥瞰図変換の際の視点Eから下した垂線の足に当たる点であり、本実施形態では、この視点E’からの視線方向に沿って、標高データをサンプリングする。
【0072】
これにより、一つの視線方向には、メッシュの数に応じた個数の標高データがサンプリングされることになり、これが所定の角度ごとに左右に見渡した時の各視線方向分だけ存在する。
【0073】
そこで、本実施形態では、この標高データの総数Nを取得して、前記各視線方向ごとに擬似地平線上での描画座標に変換する(ステップS14)。この変換処理は、まず、前記各視線方向ごとに、各標高データを擬似地平線上の座標に変換し、更に、上述した鳥瞰図変換を行う。これを繰り返すと、最終的には、最も大きな値の標高データが擬似地平線上のデータとして変換されることになる。
【0074】
図7の例では、B点での高さはh2である。XY平面上の視点E’から見て、B点を擬似地平線のA点に投影した場合、B点から高さh2離れたB’点はA点からh1離れたA’点に投影される。
【0075】
同様に、C点での高さはh3である。C点を擬似地平線に投影した場合、XY平面上の視点E’から見てC点はB点と同一視線方向なので前記B点と同様にA点に投影される。従って、C点から高さh3離れたC’点は、A点からh4離れたA”点に投影される。
【0076】
この時、XY平面上のA点には高さh2とh3のデータが投影されるが、山並みデータとしては最も大きな値の高さデータである、A−A’間の高さh1を使用する。
【0077】
以上の処理を前記総数Nが0になるまで繰り返すと(ステップS15〜ステップS13〜ステップS14)、擬似地平線上には、前記各視線方向にて最も大きな値の標高データが残ることになり、これらの擬似地平線上の各座標を接続して、山並み表示データを作成する(ステップS16)。
【0078】
これにより、擬似地平線上には、図8(A)に示すように山並み形状が形成され、XY平面上で視点E’から見た場合には図8(B)に示すような山並み形状を再現することができる。
【0079】
そして、以上のようにして作成された山並み表示データ、鳥瞰図データ、車両/付加情報を地図画像データに変換して、画像メモリに格納し、ディスプレイ16に表示させた図が図9である。図9に示すように、画面奥行き方向に山並みが表示され、方向をより正確に認識することができる。
【0080】
また、上述した実施形態では、随時標高データを描画座標に変換する例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、各メッシュに予め各方向から見た山並み形状を示す座標変換された標高データを記録させておき、擬似地平線より奧方向のメッシュから直接に当該座標変換された標高データを読み出すように構成しても良い。そして、XY平面上の視点E’から見て、各要素点を前記の手法と同様に擬似地平線上に標高データを投影した後、視点Eから鳥瞰図変換しても良い。
【0081】
このように構成すれば、標高データを読み出すメッシュの数を少なくでき、処理の高速化を図ることができる。
【0082】
【発明の効果】
請求項1に記載の地図情報表示装置によれば、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータを取得して、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定し、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示を行うので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0083】
請求項2に記載の地図情報表示装置によれば、地図データ記憶手段により、前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶するので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【0084】
請求項3に記載の地図情報表示方法によれば、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータを取得して、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定し、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示を行うので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0085】
請求項4に記載の地図情報表示方法によれば、前記のように設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶するので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【0086】
請求項5に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、道路あるいは地名等の表示を有する地図として描画される領域外のデータから、高さデータが取得され、これらの高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータが、前記地図として描画される領域端における高さデータとして設定され、この高さデータを含む地図データに基づいて鳥瞰図表示が行われるので、道路あるいは地名等が表示された地図の描画領域端には、実際には当該描画領域端よりも奥側に存在する所定の高さを有する山あるいは丘陵等が表示されることなり、使用者は方位を容易に認識することができる。
【0087】
請求項6に記載の地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を、コンピュータに読み取らせることより、前記のように設定された高さデータが、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶されるので、前記地図の描画領域端における山あるいは丘陵等の表示処理を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるナビゲーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態における地図情報表示制御処理の全体を示すフローチャートである。
【図3】鳥瞰図変換を説明する図である。
【図4】鳥瞰図変換の処理を示すフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態における山並み表示データ作成処理を示すフローチャートである。
【図6】本発明の一実施形態における地図データ管理用のメッシュを説明する図である。
【図7】本発明の一実施形態における高さデータ設定処理を説明する図である。
【図8】(A),(B)は本発明の一実施形態における山並み表示の一例を示す図である。
【図9】本発明の一実施形態における山並み表示を含む地図表示例を示す図である。
【図10】(A)は本発明の一実施形態における擬似地平線位置の設定処理を説明する図、(B)は視平面上の擬似地平線の幅を示す図である。
【図11】本発明の一実施形態における擬似地平線位置の設定処理のフローチャートである。
【図12】鳥瞰図変換の概要を示す図である。
【図13】鳥瞰地図表示の一例を示す図である。
【符号の説明】
1…角速度センサ
2…走行距離センサ
3…GPSセンサ
4…システムコントローラ
5…インターフェース
6…CPU
7…ROM
8…RAM
9…バスライン
10…入力装置
11…CD−ROMドライブ
12…表示ユニット
13…グラフィックコントローラ
14…バッファメモリ
15…表示制御部
16…ディスプレイ
17…音響再生ユニット
18…D/Aコンバータ
19…増幅器
20…スピーカ
S…ナビゲーション装置
DK…CD−ROMディスク
Claims (6)
- 地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示装置であって、
地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得し、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する高さデータ設定手段と、
前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する地図データ変換手段と、
前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示装置。 - 前記高さデータ設定手段により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する地図データ記憶手段を更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のナビゲーション装置における地図情報表示装置。
- 地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示方法であって、
地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、
前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、
前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、
前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程と、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示方法。 - 前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更に備えたことを特徴とする請求項3に記載のナビゲーション装置における地図情報表示方法。
- 地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
地形の高さデータが含まれた地図データに対応する地形を地上の一視点から透視する方向に沿って、前記高さデータのうち、該一視点と所定間隔を有し地上面と略垂直に交わる視平面よりも透視方向奥側の前記高さデータを取得する工程と、
前記工程により取得した高さデータのうち、各透視方向ごとに最も大きな値の高さデータを、前記視平面と地上面との交線上の各座標における高さデータとして設定する工程と、
前記工程により設定された高さデータを含む地図データを、前記一視点を通る垂線上の空中視点から前記地図データに対応する地形を透視した一点透視投影図である鳥瞰図に変換し、鳥瞰地図データを出力する工程と、
前記工程により出力された前記鳥瞰地図データに対応する鳥瞰地図を表示する工程とを、
コンピュータに実行させることを特徴とするナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 地図を表示して移動体の移動を補助するナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記高さデータを設定する工程により設定された高さデータを、前記地図データの各座標のデータの一つとして予め記憶する工程を更にコンピュータに実行させることを特徴とする請求項5に記載のナビゲーション装置における地図情報表示制御プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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