JP3810242B2 - ３次元地形データベースの最短距離の基準位置を提供する携帯型装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、地理データベース、地理情報システム、携帯型装置及び全地球位置把握システム（ＧＰＳ）に関して、特に、３次元地形データベースとＧＰＳ受信器にアクセスでき、装置位置に最も近い基準位置に関する情報を３次元地形データベースに提供し、またオプションとして、携帯型装置と共に使用されるディスプレイ・システムに３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形情報を表示する携帯型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
3ComのPalmPilot（PalmPilotは3Com Corporationの商標）等の携帯型コンピュータやパーソナル・アシスタントは、性能が著しく向上し、ワープロ、日記、データベース・アクセス及びマネジメント等のアプリケーションを実行できるようになっている。データベース管理ソフトウェアの１例として、3Com PalmPilotコンピュータにインストール及び操作できるAndrew Lowによるプログラム、Listバージョン0.93がある。
【０００３】
携帯型ＧＰＳ受信器は、ＧＰＳ受信器の位置と時刻によって変わる様々な情報を得るために、ＧＰＳ受信器の現在位置を使ってデータベースに問い合わせをする様々な用途に用いられている。装置位置に依存する情報を得るためのＧＰＳ受信器の用途には、例えば、目的地までの進路をドライバに指示するために自動車に用いられるHertzのNeverLostシステム（NeverLostはHertz Corporationの商標）がある。
【０００４】
従来技術のＧＰＳ受信器は、データを集めてデータベースを作るために使用される。データを集めてデータベースを作成または完成するためのＧＰＳ受信器の使用例は、Clarkらによる米国特許第５６９９２４４号、HAND-HELD GUI PDA WITH GPS/DGPS RECEIVER FOR COLLECTING AGRONOMIC AND GPS POSITION DATAに見られる。Clarkらの装置は、装置の近くの基準位置の座標を集めるプローブを含む。
【０００５】
データベースの例としては、地理データベースまたは地理情報システム（ＧＩＳ）がある。地理データベースを作るためにデータを集めるシステムの例は、Bradshawらによる米国特許第５５２８５１８号、SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING DATA USED TO FORM A GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM DATABASEに見られる。Bradshawらによるシステムを使用すると、様々な装置をデータ収集に使用できる。
【０００６】
ＧＰＳ受信器により得られるような位置データは、位置データに指定された空間位置の周囲を３次元表示するために、地形データベースの検索や、地形データの収集にも用いられる。通常、３次元地形データベースは、多角形または三角形とエッジで接続される頂点を含む。詳しくは、G. TaubinとA. Gueziecによる１９９８年１月１４日付米国特許出願第００６７７１号、COMPRESSED REPRESENTATION OF CHANGING MESHES AND METHOD TO DECOMPRESS、 A. Gueziec、G. Taubin、F. Lazarusによる米国特許出願第０２３７５７号、PROGRESSIVE MULTI-LEVEL TRANSMISSION AND DISPLAY OF TRIANGULAR MESHES、米国特許出願第９７６２４７号、PROGRESSIVE COMPRESSION OF CLUSTERED MULTI-RESOLUTION POLYGONAL MODELS及び米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESを参照されたい。
【０００７】
クエリ・ポイントは、距離と、地形データベース上の最も近い基準位置の計算が求められるポイントである。最短距離の基準位置は、点、エッジ、多角形のいずれかである。クエリ・ポイントは、一般には、地形データベース上で最短距離の多角形１つ、最短距離のエッジ１つ及び最短距離の頂点１つを持つ。３次元地形データベースにアクセスでき、３次元画像を表示するシステムの例は、Wysockiらによる米国特許第５３８１３３８号、REAL TIME THREE DIMENSIONAL GEO-REFERENCED DIGITAL ORTHOPHOTOGRAPH-BASED POSITIONING、 NAVIGATION、 COLLISION AVOIDANCE AND DECISION SUPPORT SYSTEMに見られる。
【０００８】
Norrisらによる米国特許第５７８１１５０号、GPSRELATIVE POSITION DETECTION SYSTEMでは、ほかの基準位置に対する装置の地理上の位置を表示し、装置から基準位置までの到達方向と距離の概算値を与える装置が用いられる。
【０００９】
Inoueらによる米国特許第５２８９１９５号、POSITIONING AND DISPLAYING SYSTEMでは、マップ上で現在位置を見つける装置について説明がされている。
【００１０】
Chiangらは、"Dynamic Algorithms in Computational Geometry"（Proceedings of the IEEE、 Vol 80、 No. 9、 September 1992、 pages 1412-1434）で、２次元ツリーを表すデータ構造を用い、平面三角網（planar triangulation）内の点を求める方法について述べている。
【００１１】
従来技術の方法や装置では、３次元地形データベース上のクエリ・ポイントに最も近い基準位置を求め、最も近い基準位置に関連する情報を検索し、オプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関連する情報と、３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形の図形表現を表示することはできない。
【００１２】
Chiangらの方法によれば、平面三角網で構成される２次元データベースのクエリ・ポイントに最も近い基準位置が得られるが、３次元データベース内の平面ではない三角網として簡単に一般化することはできない。
【００１３】
Inoueらの装置では、２次元マップ上の位置を求めることはできるが、３次元地形データベースの最短距離基準位置を求めるために簡単に一般化することはできない。
【００１４】
Norrisらの装置は、装置に対する基準位置の位置を２次元表示するが、基準位置に関するデータを表示することはできず、３次元地形データベースの多角形、頂点及びエッジに対して相対位置にあるクエリ・ポイントの３次元構成を表示することもできない。
【００１５】
Wysockiらによるシステムは、基本的には、衝突を避け、車両の現在位置と周囲の地理に対応する図形情報を提供するために、移動する車両に用いられる。このシステムは、３次元地形データベースの多角形、頂点及びエッジに関連付けられたデータの検索や表示には使用できない。
【００１６】
Bradshawらによるシステムは、基本的には、データを集めるためのものであり、地形データベースから検索された情報を表示することはできない。
【００１７】
最後に、Clarkらによるシステムは、２次元データを集めて表示するが、３次元地形データベースの３次元データを集めて表示するために簡単に一般化することはできない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関する情報を提供する移動式装置を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、多解像度３次元地形データベースの多角形、エッジ及び頂点にデータを関連付ける多解像度３次元地形データベース・システムを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、３次元地形データベースの最短距離基準位置を提供する改良されたプロセスを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３次元地形データベースとＧＰＳ受信器にアクセスし、３次元地形データベースの装置位置に最も近い基準位置に関する情報を提供し、オプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形情報をディスプレイ・システムに表示する携帯型装置である。
【００２２】
システムは、データ入力装置、オプションのデジタル・カメラ及び位置選定プロセスを実行するデータ・プロセッサを備える。
【００２３】
ＧＰＳ受信器は、携帯型装置の位置のｘ、ｙ、ｚ座標と、この位置に対応する正確な時刻を集めるために使用される。
【００２４】
多解像度プロセスでは、３次元地形データベースのモデルが作成される。このモデルには解像度の階層があり、頂点、エッジ及び多角形がある。多解像度プロセスは、好適にはデータを頂点、エッジ及び多角形に関連付ける。
【００２５】
データ・プロセッサは、携帯型装置の位置と、データベースの解像度の階層上の対応する最短距離基準位置の距離を求める位置選定プロセスを実行する。データ・プロセッサは、最短距離基準位置に対するデータを表示する表示コマンド及びオプションとして、最短距離基準位置の近傍に関連する地形を作成する。
【００２６】
データ入力装置は、データ・プロセッサにより、最短距離基準位置に関連するデータに付加されるデータ及びオプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関連するデータを置き換えるデータを集めるために用いられる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号を用いて装置の位置を求め、多角形、エッジ、頂点にデータが関連付けられた３次元地理データベースにアクセスでき、装置位置に最も近い多角形、エッジ、頂点を求め、最短距離の多角形、エッジ、頂点及び最短距離の多角形、エッジ、頂点の近傍に関連付けられたデータを表示し、データベースのデータの変更や追加が可能なシステム及び装置である。
【００２８】
本発明は、特に、３次元地理データベースのデータが、２次元地理データベースでは正確に表せないときに有益である。例えば、本発明は、凹凸の多い山岳地帯に関する情報を含む地質データベースに使用できる。また、本発明は、複雑なビルを表す建築データベースにも使用できる。
３次元地理データベースのデータは、多角形、エッジ及び頂点に関連付けられる。データは様々なタイプが考えられる。植物や動物の種類、岩や土の種類等、テキストとして記述できるデータ、様々な鉱物の存在を示すデータ、油田のデータ、ビルの高さ、大きさ、道路、鉄道、経路等までの近さ、デジタル・イメージやビデオ・データ、サウンド・データ等のマルチメディア・データ等である。
【００２９】
図１を参照する。移動型システム１０００は携帯型装置１１００を含み、装置１１００は、ディスプレイ・システム１１１０及びオプションのデータ入力装置１１２０を含む。データ入力装置１１２０は、複数のボタン１１２２、ペン１１２４、デジタル・カメラ１１２６、デジタル・カムコーダ１１２８等で構成することができる。移動型システム１０００はまた、携帯型装置１１００の位置のｘ、ｙ、ｚ座標を得るＧＰＳ受信器１２００を含む。システム１０００の好適実施例では、ＧＰＳ受信器１２００は携帯型装置１１００に含まれる。移動型システム１０００は、地理データベース１４００にもアクセスする。システム１０００の好適な実施例では、地理データベース１４００が無線接続１５００でアクセスされる。システム１０００の他の実施例では、地理データベース１４００は、携帯型装置１１００のメモリに常駐する。移動型システム１０００はまた、携帯型装置１１００の位置に最も近い基準位置の情報を提供する位置選定プロセス４０００を実行するデータ・プロセッサ１３００を含む。以下で説明する位置選定プロセス４０００は、好適には、米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESに述べられている多解像度最短点クエリを使用する。データ・プロセッサ１３００は、オプションで、表示コマンド１６００を携帯型装置１１００のディスプレイ・システム１１１０に送る。
【００３０】
本発明の多解像度最短点クエリの動作について説明するため、図２を参照する。３次元データベースは３次元形状を含む。３次元形状２００１は３つの解像度の階層で示してある。簡素化した表現つまり低解像度表現２００２は、従来技術の通りに作成することができる（例えば、A. Gueziecによる"Surface Simplification with Variable Tolerance"（Proceedings of the Second Annual Symposium on Medical Robotics and Computer Assisted Surgery、 Wiley、 New York、 pages 132-139を参照されたい。）クエリ・ポイント２００４を考えると、低解像度形状２００２上に、形状２００１よりも三角形が少ない概ね最短距離の点２００５が求められる。米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESは、低解像度形状２００２の三角形までの距離を調べて、低解像度形状２００２を選択的に洗練するために、概最短距離点２００５の近傍に三角形を挿入し、洗練された形状２００３を得る。次に、洗練された形状２００３で、クエリ・ポイント２００４からの最短距離点２００６が求められる。
【００３１】
位置選定プロセス４０００の理解を助けるために、図３を参照してデータ構造を調べる。本発明は、クエリ・ポイント３０１０を表すデータ構造と、クエリ・ポイント３０１０の３次元ｘ、ｙ、ｚ座標３０２０を表すアレイを使用する。本発明はまた、複数の頂点３０４０、エッジ３０５０及び多角形３０６０を含む多解像度形状階層３０３０を使用する。頂点３０４０、エッジ３０５０及び多角形３０６０には、オプションとして、データ３１００を関連付けることもできる。当業者は、この開示の内容と参照文献から、これらのデータ構造または同等のデータ構造を実装することができる。
【００３２】
図４を参照する。位置選定プロセス４０００は、ステップ４１００でクエリ・ポイント３０１０のｘ、ｙ、ｚ座標３０２０を集めることから始まる。次に、ステップ４２００で、プロセス４０００により、多解像度地形データベース１４００の多解像度形状階層３０３０上のクエリ・ポイント３０１０に最も近い点２００６が求められる。最短距離点の決定は、好適には、米国特許出願第２３６６８８号に説明してある通り、多解像度の最短距離点のクエリを解決することにより行われる。次に、ステップ４３００で、多解像度地形データベース１４００の多解像度形状階層３０３０上のクエリ・ポイント３０１０に最も近い基準位置（多角形３０６０、エッジ３０５０及び頂点３０４０）が求められる。多解像度の最短距離点クエリにより、クエリ・ポイント３０１０に最も近い多角形が、最短距離点２００６を含む多角形として求められる。次に、最短距離の頂点とエッジは、好適には、最短距離多角形に属する頂点とエッジを調べ、最も近いものを選択して求められる。次にステップ４４００で、プロセス４０００により、最短距離の基準位置、またオプションとして、最短距離基準位置に関連する地形に関するデータ３１００をディスプレイ・システム１１１０上に表示する表示コマンドが生成される。
【００３３】
本発明の他の実施例では、本発明により、多解像度３次元地形データベース１４００からデータを検索するほかに、多解像度３次元地形データベース１４００に挿入するデータが集められる。このようなデータは、ペン１１２４を使って入力されるテキスト・データ、ボタン１１２２を使って使用できるデータ・セットから選択されるデータ、カメラ１１２６で集められるイメージ・データ、カムコーダ１１２８で集められるビデオ・データ、様々な装置で集められる３次元地形データ等である。
【００３４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３５】
（１） ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する装置であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、前記クエリ・ポイントの３次元座標を求める受信器と、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするメモリ読取り手段であって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記メモリ読取り手段と、
前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置 を求める処理を実行するためのデータ・プロセッサと、
を含む、装置。
（２） 前記装置は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示する、（１）記載の装置。
（３） 前記関連付けられるデータは、植物又は動物の種類、岩又は土の種類、様々な鉱物の存在を示すデータ、油田のデータ、ビルの高さ又は大きさ、道路、鉄道、経路等の近接、デジタル・イメージ、ビデオ・イメージ、サウンド・イメージ等のマルチメディア・データ等、テキストとして記述できるデータである、（２）記載の装置。
（４） 前記プロセッサは、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集する、（１）記載の装置。
（５） ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する方法であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めるステップと、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするステップであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスするステップと、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行するステップと
を含む、前記方法。
（６） 前記方法は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示するステップを含む、（５）記載の方法。
（７） 前記方法は、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集するステップを含む、（５）記載の方法。
（８） コンピュータに、３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めさせること、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する、３次元地形データベースにアクセスさせることであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスさせること、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行させること
の処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
（９） 前記処理は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示させる処理を実行させるプログラムを記録した（８）記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
（１０） 前記プロセッサに、データ入力装置からの入力データを受信させ、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集させる処理を実行させるプログラムを記録した（８）記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適実施例の図である。
【図２】 ３つの解像度の階層、クエリ・ポイント及びデータベース・モデル上の最短距離基準位置のある多解像度３次元地形データベースの一部であるモデルを示す図である。
【図３】 本発明に用いられるデータ構造の図である。
【図４】 地理データベースの最短距離基準位置を見つけ、最短距離基準位置に関連するデータを表示するプロセスを示すフロー図である。
【符号の説明】
１０００ 移動型システム
１１００ 携帯型装置
１１１０ ディスプレイ・システム
１１２０ データ入力装置
１１２６ デジタル・カメラ
１１２８ デジタル・カムコーダ
１２００ ＧＰＳ受信器
１３００ データ・プロセッサ
１５００ 無線接続
１６００ 表示コマンド
３０１０ クエリ・ポイント
３０２０ ｘ、ｙ、ｚ座標
３０３０ 多解像度形状階層
３０４０ 頂点
３０５０ エッジ
３０６０ 多角形
３１００ データ
４０００ 位置選定プロセス
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、地理データベース、地理情報システム、携帯型装置及び全地球位置把握システム（ＧＰＳ）に関して、特に、３次元地形データベースとＧＰＳ受信器にアクセスでき、装置位置に最も近い基準位置に関する情報を３次元地形データベースに提供し、またオプションとして、携帯型装置と共に使用されるディスプレイ・システムに３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形情報を表示する携帯型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
3ComのPalmPilot（PalmPilotは3Com Corporationの商標）等の携帯型コンピュータやパーソナル・アシスタントは、性能が著しく向上し、ワープロ、日記、データベース・アクセス及びマネジメント等のアプリケーションを実行できるようになっている。データベース管理ソフトウェアの１例として、3Com PalmPilotコンピュータにインストール及び操作できるAndrew Lowによるプログラム、Listバージョン0.93がある。
【０００３】
携帯型ＧＰＳ受信器は、ＧＰＳ受信器の位置と時刻によって変わる様々な情報を得るために、ＧＰＳ受信器の現在位置を使ってデータベースに問い合わせをする様々な用途に用いられている。装置位置に依存する情報を得るためのＧＰＳ受信器の用途には、例えば、目的地までの進路をドライバに指示するために自動車に用いられるHertzのNeverLostシステム（NeverLostはHertz Corporationの商標）がある。
【０００４】
従来技術のＧＰＳ受信器は、データを集めてデータベースを作るために使用される。データを集めてデータベースを作成または完成するためのＧＰＳ受信器の使用例は、Clarkらによる米国特許第５６９９２４４号、HAND-HELD GUI PDA WITH GPS/DGPS RECEIVER FOR COLLECTING AGRONOMIC AND GPS POSITION DATAに見られる。Clarkらの装置は、装置の近くの基準位置の座標を集めるプローブを含む。
【０００５】
データベースの例としては、地理データベースまたは地理情報システム（ＧＩＳ）がある。地理データベースを作るためにデータを集めるシステムの例は、Bradshawらによる米国特許第５５２８５１８号、SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTING DATA USED TO FORM A GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEM DATABASEに見られる。Bradshawらによるシステムを使用すると、様々な装置をデータ収集に使用できる。
【０００６】
ＧＰＳ受信器により得られるような位置データは、位置データに指定された空間位置の周囲を３次元表示するために、地形データベースの検索や、地形データの収集にも用いられる。通常、３次元地形データベースは、多角形または三角形とエッジで接続される頂点を含む。詳しくは、G. TaubinとA. Gueziecによる１９９８年１月１４日付米国特許出願第００６７７１号、COMPRESSED REPRESENTATION OF CHANGING MESHES AND METHOD TO DECOMPRESS、 A. Gueziec、G. Taubin、F. Lazarusによる米国特許出願第０２３７５７号、PROGRESSIVE MULTI-LEVEL TRANSMISSION AND DISPLAY OF TRIANGULAR MESHES、米国特許出願第９７６２４７号、PROGRESSIVE COMPRESSION OF CLUSTERED MULTI-RESOLUTION POLYGONAL MODELS及び米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESを参照されたい。
【０００７】
クエリ・ポイントは、距離と、地形データベース上の最も近い基準位置の計算が求められるポイントである。最短距離の基準位置は、点、エッジ、多角形のいずれかである。クエリ・ポイントは、一般には、地形データベース上で最短距離の多角形１つ、最短距離のエッジ１つ及び最短距離の頂点１つを持つ。３次元地形データベースにアクセスでき、３次元画像を表示するシステムの例は、Wysockiらによる米国特許第５３８１３３８号、REAL TIME THREE DIMENSIONAL GEO-REFERENCED DIGITAL ORTHOPHOTOGRAPH-BASED POSITIONING、 NAVIGATION、 COLLISION AVOIDANCE AND DECISION SUPPORT SYSTEMに見られる。
【０００８】
Norrisらによる米国特許第５７８１１５０号、GPSRELATIVE POSITION DETECTION SYSTEMでは、ほかの基準位置に対する装置の地理上の位置を表示し、装置から基準位置までの到達方向と距離の概算値を与える装置が用いられる。
【０００９】
Inoueらによる米国特許第５２８９１９５号、POSITIONING AND DISPLAYING SYSTEMでは、マップ上で現在位置を見つける装置について説明がされている。
【００１０】
Chiangらは、"Dynamic Algorithms in Computational Geometry"（Proceedings of the IEEE、 Vol 80、 No. 9、 September 1992、 pages 1412-1434）で、２次元ツリーを表すデータ構造を用い、平面三角網（planar triangulation）内の点を求める方法について述べている。
【００１１】
従来技術の方法や装置では、３次元地形データベース上のクエリ・ポイントに最も近い基準位置を求め、最も近い基準位置に関連する情報を検索し、オプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関連する情報と、３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形の図形表現を表示することはできない。
【００１２】
Chiangらの方法によれば、平面三角網で構成される２次元データベースのクエリ・ポイントに最も近い基準位置が得られるが、３次元データベース内の平面ではない三角網として簡単に一般化することはできない。
【００１３】
Inoueらの装置では、２次元マップ上の位置を求めることはできるが、３次元地形データベースの最短距離基準位置を求めるために簡単に一般化することはできない。
【００１４】
Norrisらの装置は、装置に対する基準位置の位置を２次元表示するが、基準位置に関するデータを表示することはできず、３次元地形データベースの多角形、頂点及びエッジに対して相対位置にあるクエリ・ポイントの３次元構成を表示することもできない。
【００１５】
Wysockiらによるシステムは、基本的には、衝突を避け、車両の現在位置と周囲の地理に対応する図形情報を提供するために、移動する車両に用いられる。このシステムは、３次元地形データベースの多角形、頂点及びエッジに関連付けられたデータの検索や表示には使用できない。
【００１６】
Bradshawらによるシステムは、基本的には、データを集めるためのものであり、地形データベースから検索された情報を表示することはできない。
【００１７】
最後に、Clarkらによるシステムは、２次元データを集めて表示するが、３次元地形データベースの３次元データを集めて表示するために簡単に一般化することはできない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関する情報を提供する移動式装置を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、多解像度３次元地形データベースの多角形、エッジ及び頂点にデータを関連付ける多解像度３次元地形データベース・システムを提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、３次元地形データベースの最短距離基準位置を提供する改良されたプロセスを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、３次元地形データベースとＧＰＳ受信器にアクセスし、３次元地形データベースの装置位置に最も近い基準位置に関する情報を提供し、オプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置の周囲の地形情報をディスプレイ・システムに表示する携帯型装置である。
【００２２】
システムは、データ入力装置、オプションのデジタル・カメラ及び位置選定プロセスを実行するデータ・プロセッサを備える。
【００２３】
ＧＰＳ受信器は、携帯型装置の位置のｘ、ｙ、ｚ座標と、この位置に対応する正確な時刻を集めるために使用される。
【００２４】
多解像度プロセスでは、３次元地形データベースのモデルが作成される。このモデルには解像度の階層があり、頂点、エッジ及び多角形がある。多解像度プロセスは、好適にはデータを頂点、エッジ及び多角形に関連付ける。
【００２５】
データ・プロセッサは、携帯型装置の位置と、データベースの解像度の階層上の対応する最短距離基準位置の距離を求める位置選定プロセスを実行する。データ・プロセッサは、最短距離基準位置に対するデータを表示する表示コマンド及びオプションとして、最短距離基準位置の近傍に関連する地形を作成する。
【００２６】
データ入力装置は、データ・プロセッサにより、最短距離基準位置に関連するデータに付加されるデータ及びオプションとして、３次元地形データベースの最短距離基準位置に関連するデータを置き換えるデータを集めるために用いられる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、ＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号を用いて装置の位置を求め、多角形、エッジ、頂点にデータが関連付けられた３次元地理データベースにアクセスでき、装置位置に最も近い多角形、エッジ、頂点を求め、最短距離の多角形、エッジ、頂点及び最短距離の多角形、エッジ、頂点の近傍に関連付けられたデータを表示し、データベースのデータの変更や追加が可能なシステム及び装置である。
【００２８】
本発明は、特に、３次元地理データベースのデータが、２次元地理データベースでは正確に表せないときに有益である。例えば、本発明は、凹凸の多い山岳地帯に関する情報を含む地質データベースに使用できる。また、本発明は、複雑なビルを表す建築データベースにも使用できる。
３次元地理データベースのデータは、多角形、エッジ及び頂点に関連付けられる。データは様々なタイプが考えられる。植物や動物の種類、岩や土の種類等、テキストとして記述できるデータ、様々な鉱物の存在を示すデータ、油田のデータ、ビルの高さ、大きさ、道路、鉄道、経路等までの近さ、デジタル・イメージやビデオ・データ、サウンド・データ等のマルチメディア・データ等である。
【００２９】
図１を参照する。移動型システム１０００は携帯型装置１１００を含み、装置１１００は、ディスプレイ・システム１１１０及びオプションのデータ入力装置１１２０を含む。データ入力装置１１２０は、複数のボタン１１２２、ペン１１２４、デジタル・カメラ１１２６、デジタル・カムコーダ１１２８等で構成することができる。移動型システム１０００はまた、携帯型装置１１００の位置のｘ、ｙ、ｚ座標を得るＧＰＳ受信器１２００を含む。システム１０００の好適実施例では、ＧＰＳ受信器１２００は携帯型装置１１００に含まれる。移動型システム１０００は、地理データベース１４００にもアクセスする。システム１０００の好適な実施例では、地理データベース１４００が無線接続１５００でアクセスされる。システム１０００の他の実施例では、地理データベース１４００は、携帯型装置１１００のメモリに常駐する。移動型システム１０００はまた、携帯型装置１１００の位置に最も近い基準位置の情報を提供する位置選定プロセス４０００を実行するデータ・プロセッサ１３００を含む。以下で説明する位置選定プロセス４０００は、好適には、米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESに述べられている多解像度最短点クエリを使用する。データ・プロセッサ１３００は、オプションで、表示コマンド１６００を携帯型装置１１００のディスプレイ・システム１１１０に送る。
【００３０】
本発明の多解像度最短点クエリの動作について説明するため、図２を参照する。３次元データベースは３次元形状を含む。３次元形状２００１は３つの解像度の階層で示してある。簡素化した表現つまり低解像度表現２００２は、従来技術の通りに作成することができる（例えば、A. Gueziecによる"Surface Simplification with Variable Tolerance"（Proceedings of the Second Annual Symposium on Medical Robotics and Computer Assisted Surgery、 Wiley、 New York、 pages 132-139を参照されたい。）クエリ・ポイント２００４を考えると、低解像度形状２００２上に、形状２００１よりも三角形が少ない概ね最短距離の点２００５が求められる。米国特許出願第２３６６８８号、SYSTEM AND METHOD FOR FINDING THE DISTANCE FROM A MOVING QUERY POINT TO THE CLOSEST POINT ON ONE OR MORE CONVEX OR NON-CONVEX SHAPESは、低解像度形状２００２の三角形までの距離を調べて、低解像度形状２００２を選択的に洗練するために、概最短距離点２００５の近傍に三角形を挿入し、洗練された形状２００３を得る。次に、洗練された形状２００３で、クエリ・ポイント２００４からの最短距離点２００６が求められる。
【００３１】
位置選定プロセス４０００の理解を助けるために、図３を参照してデータ構造を調べる。本発明は、クエリ・ポイント３０１０を表すデータ構造と、クエリ・ポイント３０１０の３次元ｘ、ｙ、ｚ座標３０２０を表すアレイを使用する。本発明はまた、複数の頂点３０４０、エッジ３０５０及び多角形３０６０を含む多解像度形状階層３０３０を使用する。頂点３０４０、エッジ３０５０及び多角形３０６０には、オプションとして、データ３１００を関連付けることもできる。当業者は、この開示の内容と参照文献から、これらのデータ構造または同等のデータ構造を実装することができる。
【００３２】
図４を参照する。位置選定プロセス４０００は、ステップ４１００でクエリ・ポイント３０１０のｘ、ｙ、ｚ座標３０２０を集めることから始まる。次に、ステップ４２００で、プロセス４０００により、多解像度地形データベース１４００の多解像度形状階層３０３０上のクエリ・ポイント３０１０に最も近い点２００６が求められる。最短距離点の決定は、好適には、米国特許出願第２３６６８８号に説明してある通り、多解像度の最短距離点のクエリを解決することにより行われる。次に、ステップ４３００で、多解像度地形データベース１４００の多解像度形状階層３０３０上のクエリ・ポイント３０１０に最も近い基準位置（多角形３０６０、エッジ３０５０及び頂点３０４０）が求められる。多解像度の最短距離点クエリにより、クエリ・ポイント３０１０に最も近い多角形が、最短距離点２００６を含む多角形として求められる。次に、最短距離の頂点とエッジは、好適には、最短距離多角形に属する頂点とエッジを調べ、最も近いものを選択して求められる。次にステップ４４００で、プロセス４０００により、最短距離の基準位置、またオプションとして、最短距離基準位置に関連する地形に関するデータ３１００をディスプレイ・システム１１１０上に表示する表示コマンドが生成される。
【００３３】
本発明の他の実施例では、本発明により、多解像度３次元地形データベース１４００からデータを検索するほかに、多解像度３次元地形データベース１４００に挿入するデータが集められる。このようなデータは、ペン１１２４を使って入力されるテキスト・データ、ボタン１１２２を使って使用できるデータ・セットから選択されるデータ、カメラ１１２６で集められるイメージ・データ、カムコーダ１１２８で集められるビデオ・データ、様々な装置で集められる３次元地形データ等である。
【００３４】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３５】
（１） ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する装置であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、前記クエリ・ポイントの３次元座標を求める受信器と、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするメモリ読取り手段であって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記メモリ読取り手段と、
前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置 を求める処理を実行するためのデータ・プロセッサと、
を含む、装置。
（２） 前記装置は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示する、（１）記載の装置。
（３） 前記関連付けられるデータは、植物又は動物の種類、岩又は土の種類、様々な鉱物の存在を示すデータ、油田のデータ、ビルの高さ又は大きさ、道路、鉄道、経路等の近接、デジタル・イメージ、ビデオ・イメージ、サウンド・イメージ等のマルチメディア・データ等、テキストとして記述できるデータである、（２）記載の装置。
（４） 前記プロセッサは、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集する、（１）記載の装置。
（５） ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する方法であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めるステップと、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするステップであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスするステップと、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行するステップと
を含む、前記方法。
（６） 前記方法は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示するステップを含む、（５）記載の方法。
（７） 前記方法は、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集するステップを含む、（５）記載の方法。
（８） コンピュータに、３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めさせること、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する、３次元地形データベースにアクセスさせることであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスさせること、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行させること
の処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。
（９） 前記処理は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示させる処理を実行させるプログラムを記録した（８）記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
（１０） 前記プロセッサに、データ入力装置からの入力データを受信させ、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集させる処理を実行させるプログラムを記録した（８）記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適実施例の図である。
【図２】 ３つの解像度の階層、クエリ・ポイント及びデータベース・モデル上の最短距離基準位置のある多解像度３次元地形データベースの一部であるモデルを示す図である。
【図３】 本発明に用いられるデータ構造の図である。
【図４】 地理データベースの最短距離基準位置を見つけ、最短距離基準位置に関連するデータを表示するプロセスを示すフロー図である。
【符号の説明】
１０００ 移動型システム
１１００ 携帯型装置
１１１０ ディスプレイ・システム
１１２０ データ入力装置
１１２６ デジタル・カメラ
１１２８ デジタル・カムコーダ
１２００ ＧＰＳ受信器
１３００ データ・プロセッサ
１５００ 無線接続
１６００ 表示コマンド
３０１０ クエリ・ポイント
３０２０ ｘ、ｙ、ｚ座標
３０３０ 多解像度形状階層
３０４０ 頂点
３０５０ エッジ
３０６０ 多角形
３１００ データ
４０００ 位置選定プロセス
Claims (10)
- ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する装置であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、前記クエリ・ポイントの３次元座標を求める受信器と、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするメモリ読取り手段であって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記メモリ読取り手段と、
前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行するためのデータ・プロセッサと、
を含む、装置。 - 前記装置は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示する、請求項１記載の装置。
- 前記関連付けられるデータは、植物又は動物の種類、岩又は土の種類、様々な鉱物の存在を示すデータ、油田のデータ、ビルの高さ又は大きさ、道路、鉄道、経路等の近接、デジタル・イメージ、ビデオ・イメージ、サウンド・イメージ等のマルチメディア・データ等、テキストとして記述できるデータである、請求項２記載の装置。
- 前記プロセッサは、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集する、請求項１記載の装置。
- ３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する方法であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めるステップと、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する３次元地形データベースにアクセスするステップであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスするステップと、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行するステップと
を含む、前記方法。 - 前記方法は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示するステップを含む、請求項５記載の方法。
- 前記方法は、データ入力装置からの入力データを受信し、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集するステップを含む、請求項５記載の方法。
- コンピュータに、３次元地理データベース内に表されるクエリ・ポイントに最も近い一つ若しくはそれ以上の基準位置を決定する処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体であって、
軌道上のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信及び処理し、物理位置を表すクエリ・ポイントの３次元座標を求めさせること、
解像度の階層を成す複数のモデルを有する、３次元地形データベースにアクセスさせることであって、それぞれのモデルが一つ若しくはそれ以上の多角形、一つ若しくはそれ以上のエッジ及び一つ若しくはそれ以上の頂点を有し、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が基準位置と関連付けられており、それぞれの多角形、エッジ及び頂点が関連付けられたデータを含む、前記アクセスさせること、
プロセッサにより実行され、前記クエリ・ポイントに最近接である基準位置の一つ若しくはそれ以上の位置を見つけるために、低解像度のモデル上で最近接である基準位置を求め、前記低解像度のモデル上での最近接の前記基準位置の近傍における前記低解像度のモデルより高い解像度のモデルを読取り、前記高い解像度のモデル上で、前記クエリ・ポイントと最近接である基準位置を求める処理を実行させること
の処理を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。 - 前記処理は、前記クエリ・ポイントから最近接の一つ若しくはそれ以上の基準位置に関連付けられるデータを表示させる処理を実行させるプログラムを記録した請求項８記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
- 前記プロセッサに、データ入力装置からの入力データを受信させ、該入力データを使用して前記３次元地形データベースを編集させる処理を実行させるプログラムを記録した請求項８記載のコンピュータ読取可能な記録媒体。
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