JP4491541B2 - 立体地図表示装置およびナビゲーション装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路や建物を立体的に表示する立体地図表示装置に係わり、特にカーナビゲーションシステムにおける立体地図表示に好適な立体地図表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤーＲＯＭやＤＶＤ等の記憶媒体に記憶されたディジタル地図データを読み出し、ＧＰＳ等の位置検出センサにより検出した現在位置付近の地図を表示するナビゲーション装置が広く普及している。
【０００３】
最近の地図データは、一般家屋やビル等の形状、位置や階数等の詳細な情報で構成された市街地図データを記憶し、より詳細な情報をナビゲーション装置に表示できる。さらに、自車位置付近や、目的地、誘導交差点付近などをより分かりやすく表示する目的で、目印となる建物を立体的に表示する方法が用いられている。
【０００４】
例えば、特開平１０−３３２３９６号公報では、自車付近の立体表示する構造物は詳細形状の３次元データを、視点遠方の構造物は簡易な形状の３次元データを用いて、構造物を立体表示する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
地図を立体的に表示する場合、立体表示される構造物の側面を構成するポリゴンが、構造物の数だけ必要になり、従来の平面的な地図表示に比べ表示するポリゴン数が増大する。
【０００６】
よって本発明の第１の課題は、地図要素の立体化に伴うポリゴン数の増加による描画処理負荷の増加し、スムーズな表示画面の更新が難しくなることによって生じる、表示されている地図景観とその時点でユーザに見えている景観とのずれに起因する視認性の劣化である。
【０００７】
また、地図の立体表示化により表示情報量が増えると、ユーザは画面に表示された多くの情報の中から、走行に必要な情報を一瞬のうちに探し出さなくてはならなくなる。すなわち、単に平面的な地図を立体化したとしても、表示の仕方によっては逆に平面図より分かり辛くなってしまう可能性がある。
【０００８】
よって本発明の第２の課題は、注視する視点遠方の構造物が、透視変換で縮小表示されることによって生じる視認性の劣化である。
本発明は上記課題を考慮してなされたものであり、立体地図表示の視認性向上を可能とする地図表示装置、およびその地図表示装置を用いたナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明による立体地図表示装置あるいはナビゲーション装置では、予め設定された視点から投影面に前記地図要素を投影変換することで立体的地図を作成し、該立体的地図を表示画面に表示する地図表示部とを備え、前記地図表示部は、前記投影面に投影される地図領域を、前記視点からの距離に応じて複数の領域に分割し、該分割領域毎に陰面消去処理を実施する。
前記陰面消去処理では、例えば、立体表示する地図要素を、視点からの水平距離により２つのグループに分類し、それぞれのグループで異なるソート方法を用いて奥行き順に並び替え、視点遠方のグループから順に地図要素を描画する。
【００１０】
また、上記目的を達成するために本発明による立体地図表示装置またはナビゲーション装置では、地図を構成する複数の地図要素が記憶された地図データベースと、予め設定された視点から投影面に前記地図要素を投影変換することで立体的地図を作成し、該立体的地図を表示画面に表示する地図表示部とを備え、前記地図表示部は、前記地図データベースに含まれている情報から立体的に表示すべき地図要素の３次元的形状を設定する形状設定手段と、前記設定された地図要素の３次元的形状を変形するための形状変換パラメータを設定するパラメータ設定手段と、前記設定された地図要素の３次元的形状を前記設定された形状変換パラメータを用いて変形し、該変形した３次元的形状を投影変換して前記立体的地図中に表示する形状変換手段とを備える。
前記形状変換パラメータは、例えば、視点と各々の地図要素との相対位置関係、両者間の距離、立体表示すべき地図要素の種別や階数などの属性、あるいはユーザが指定した地図要素や属性等に応じて決定される。
【００１１】
また、形状変換パラメータを決定する代わりに、上述した各種条件に応じて立体表示すべき地図要素の一部を選択し、該選択した地図要素を視点との距離に依存しない一定の大きさで表示したり、あるいは予め記憶されているビットマップなどのイメージデータでイメージ表示する構成としても良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照し、本発明をナビゲーション装置に適用した一実施形態を説明する。
【００１３】
本実施形態におけるナビゲーション装置のユニット構成の一例を図１に示す。
【００１４】
本ナビゲーション装置において、演算処理部１は８〜１１の各種センサから出力される情報を基に現在位置を検出し、得られた現在位置情報から、表示に必要な地図情報を地図データベース３から読み込んでグラフィックス展開し、該グラフィックス展開した地図上にセンサ８〜１１から検出した自車の現在位置を現在地マークとして重ねてディスプレイ２に表示したり、現在地と入力装置５によりユーザが指定した地点(例えば目的地）を結ぶ最適な道路を算出し、音声入出力装置４やディスプレイ２を介してユーザに経路を通知し誘導する、等といった様々な処理を行う中心的なユニットである。
【００１５】
ディスプレイ２は、演算処理部１で生成したグラフィックス情報を表示するユニットで、一般的にＣＲＴや液晶ディスプレイ等が用いられる。演算処理部１とディスプレイ２間の信号Ｓ１は、ＲＧＢ信号やＮＴＳＣ（National Television System Committee）信号で接続するのが一般的である。
【００１６】
地図データベース３はＣＤ−ＲＯＭやＩＣカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の大容量記憶媒体で構成され、必要とする地図データの読み出し／書き込み処理を行う。
【００１７】
また、音声入出力装置４は、演算処理部１が生成したユーザへのメッセージを音声信号に変換し出力すると共に、ユーザが発した声を認識し演算処理部１にその内容を転送する処理を行う。
【００１８】
入力装置５は、ユーザからの指示を受け付けるユニットで、スクロールキー、縮尺変更キーなどのハンドスイッチ、ジョイスティック、タッチパネル等が一般的に利用されている。
【００１９】
移動体ナビゲーションで、位置を検出するセンサは、車両の円周と計測される車輪の回転数の積から距離を測定する車輪センサ８、地球が保持している磁場を検出し移動体が向いている方向を検出する方位センサ９、光ファイバジャイロや振動ジャイロといった移動体が回転した角度を検出するジャイロ１０、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、移動体とＧＰＳ衛星間の距離と距離の変化率を３個以上の衛星に対して測定することで移動体の現在位置、進行方向及び進行方位を測定するＧＰＳ受信装置１１がある。
【００２０】
さらに、道路の渋滞情報、工事や通行止めといった規制情報、駐車場情報等のリアルタイム情報を発信するビーコン送信機や、ＦＭ多重放送から送られる信号を受信する交通情報受信装置１２を備える。
【００２１】
また、車両の様々な情報、例えばドアの開閉情報、ライトの点灯状況、エンジンの状況や故障診断結果などを受ける車内ＬＡＮ装置６、携帯電話やＰＨＳ等の接続により、ユーザが入手したい情報、例えば任意地点のレストランやホテル等の情報を希望し、情報センタから受信するための通信装置７を備える。
【００２２】
演算処理部１のハードウエア構成例を図２に示す。以下、各構成要素について説明する。
【００２３】
演算処理部１は、各デバイス間がバスで接続された構成になる。各構成要素は、数値演算及び各デバイスを制御するといった様々な処理を実行するＣＰＵ２０１、地図や演算データを一時的に格納するＲＡＭ２０２、プログラムやデータを格納するＲＯＭ２０３、高速にメモリとメモリ間及びメモリと各デバイス間のデータ転送を実行するＤＭＡ（Direct Memory Access）２０４、ＶＲＡＭ２０６への書き込みをコントロールする描画コントローラ２０５、ベクトルデータを画素情報に展開したグラフィックスイメージデータを蓄えるＶＲＡＭ２０６、イメージデータをRGB信号に変換するカラーパレット２０７、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０８、シリアル信号をバスに同期したパラレル信号に変換するＳＣＩ２０９、パラレル信号と同期をとりバス上にのせるＰＩＯ２１０、およびパルス信号を積分するカウンター２１１で構成される。
【００２４】
地図データベース３のデータ構成例を図３に示す。
【００２５】
本地図データベース３において、地図データはデータ管理部３０１と、データ部３０２と、拡張データ部３０３とで構成される。通常、地図データベース３に記憶される道路や建物等の地図データは膨大な量であるため、所定間隔の緯経により地域を分割した「標準地域メッシュ」で管理される。該地域メッシュにはメッシュコードといわれる識別番号が付けられている。尚、拡張データ部３０３は、必要に応じて記録される補助データである。
【００２６】
データ管理部３０１では、地域メッシュ単位に管理テーブルを持ち、各々の管理テーブルには、メッシュコード３１０、属性情報３１１、構造物データ管理部３１２、道路データ管理部３１３、鉄道データ管理部３１４等の地図要素の管理データを記憶している。
【００２７】
属性情報３１１には、地図尺度や地図データの作成年月、図葉名等を記憶する。
構造物データ管理部３１２は、該構造物データサイズ、および該構造物データ３３０へのリンクデータを記憶し、同様に道路データ管理部３１３には、該道路データサイズ、および該道路データ３３１へのリンクデータ、鉄道データ管理部３１４には、該鉄道データサイズ、および該鉄道データ３３２へのリンクデータを記憶する。
【００２８】
データ部３０２において、構造物データ３３０は、該構造物を構成する頂点数ｍ３２０、該構造物の属性３２１、頂点座標３２２等を記憶する。構造物属性３２１は、一般家屋、ガソリンスタンド、ホテル等の構造物種別や階数（あるいは高さ）、学校や一般構造物等、該構造物の種別３４０、○○ホテルや、××レストラン等の名称５４１、階数あるいは高さ３４２、ビル内のテナント情報３４３、ベビールームやトイレ等の詳細情報３４４である。頂点座標３２２は、該メッシュ内に正規化したｘおよびｙ座標を記憶する。
【００２９】
道路データ３３１は、交差点（以下、ノード）を結ぶリンク情報、ノード座標、有料道路、国道などの道路種別、道路の高さ等を記憶する。
【００３０】
鉄道データ３３２は、分岐点を結ぶリンク情報、分岐点座標、路線名、駅名等を記憶する。
【００３１】
拡張データ部３０３は、構造物を立体表示するための３次元形状データ３５０や、所定の地図要素をイメージ表示するためのイメージデータ３６０などを記憶する。
【００３２】
３次元形状データ３５０は、３次元形状を構成するポリゴン数３５１、３次元形状の種別などを表現する属性３５２、１つのポリゴンを形成するための頂点座標列で構成するポリゴンデータ３５３を記録する。
【００３３】
イメージデータ３６０は、格納されているイメージの形式を表す属性３６１、イメージデータのバイト数を表すサイズ３６２、イメージの実データが記録されているデータ部３６３を記録する。
【００３４】
尚、拡張データ部３０３は、地図データベース３以外にＲＯＭ２０３に記録してもよい。
【００３５】
演算処理部１の機能構成例を図４に示す。以下、各構成要素について説明する。
【００３６】
現在位置算出部４０６は、車輪速センサ８で計測される距離パルスデータＳ５、及びジャイロ１０で計測される角速度データＳ７を各々積分した結果得られる距離データ及び角速度データを用い、そのデータを時間軸で積分していくことにより、初期位置（X,Y)から移動体走行後の位置（X',Y')を演算する処理を行う。ここで、移動体の回転した角度と進む方位の関係を一致させるため、方位センサ９から得られる方位データＳ６と、ジャイロ１０から得られる角速度データＳ７を積分した角度データで、移動体が進行している方向の絶対方位を補正する。また上述したセンサから得られたデータを積分していくとセンサの誤差が蓄積するため、ある時間周期でＧＰＳ受信装置１１から得られた位置データＳ８をもとに蓄積した誤差をキャンセルするという処理を施し、現在位置データを出力する。
【００３７】
このようにして得られた現在位置データにはセンサの誤差が含まれているため、さらに位置情報を高めることを目的に、マップマッチ処理４０７を行う。これは、データ読込部４０８によって読み込まれた現在位置周辺の地図に含まれる道路データと、現在位置算出部４０６から得られた走行軌跡を互いに照らし合わせ、形状の相関が最も高い道路に現在位置を合わせ込むという処理である。マップマッチ処理４０７を施すことで、現在位置は大抵の場合、走行道路と一致することになり、精度良く現在位置情報を出力することができる。
【００３８】
前記処理により得られた現在位置情報は、所定距離走行する度に軌跡記憶部４０９に記憶される。軌跡データは、これまで走行してきた道路につき、対応する地図上の道路に軌跡マークを描画するために用いられる。
【００３９】
コマンド解析部４０１は、ユーザからの要求を入力装置５で受け、その要求を解析し、対応する処理が実行されるよう各ユニットを制御する。例えば、ユーザが目的地までの経路誘導を要求したときは、目的地を設定するため地図を表示する処理を表示処理部４１１に要求し、さらに現在位置から目的地までの経路を演算する処理を経路計算部４０２に要求する。
【００４０】
経路計算部４０２は、ダイクストラ法等の数学的な演算手法を用いて指定された地点間の経路を地図データから検索し、経路記憶部４０３に蓄える。このとき、指定された地点間の距離が最短になる経路、もしくは最短時間で到達可能な経路、あるいは最もコストが安くなる経路などをそれぞれ求めることが可能である。
【００４１】
経路誘導部４０４は、経路記憶部４０３に蓄えられた誘導経路のリンク情報と現在位置算出部４０６及びマップマッチ処理部４０７で求められる自車の現在位置情報を比較し、交差点などを通過する所定距離ないし所定時間前に直進すべきか、右左折すべきかを音声入出力装置４を用い音声でユーザに通知したり、ディスプレイ２上に表示された地図上に進行すべき方向を表示し、ユーザに経路を通知する。
【００４２】
データ読込部４０８は、要求された領域の地図データを地図データベース３から読み込み準備するように動作する。
【００４３】
視点設定部４０５は、自車位置あるいはスクロール操作などによって指定される位置などの注視すべき注視位置を含む領域について、地表面に対して所定の角度を成す方向で眺めた透視地図を展開するための視点、視線、視野角を設定する。本実施形態では、自車位置を表示する場合、自車後方に視点を置き、表示画面上に自車位置マークを表示する。
【００４４】
表示処理部４１１は、所定の位置から眺めた構造物等の立体地図を描画する処理部で、表示が要求された地点周辺の地図データをデータ読込部４０８から受け取り、視点設定部４０５で指定された視点、視線方向、視野角と、コマンド解析部４０１等で指定された縮尺、描画方法、描画方位とでグラフィック展開しＶＲＡＭ２０６に転送する。
【００４５】
メニュー表示部４１０は、コマンド解析部４０１から出力させる命令を受け、要求される様々な種類のメニューやマークを表示処理部４１１に転送し、地図に重ねて表示する。
【００４６】
表示変換部４１２は、本発明を適用した処理方法により、立体的に表示された建物や構造物などの地図要素を含む立体地図を表示するための画像データを生成するもので、例えば、視点から各々の地図要素までの距離や地図要素の属性に応じ、立体表示する各々の地図要素の形状を変換する。そして、形状変換した地図要素を投影変換し、表示色、地図要素にマッピングするテクスチャ等の描画属性に基づいて、地図要素の描画データを作成し、陰面消去して立体地図を表示する。
【００４７】
なお、本発明を適用することが可能なナビゲーション装置は、上述した本実施形態の構成例に限定されるものではない。本発明は、地図表示機能を備える装置であれば、その他の構成を備えるナビゲーション装置あるいはその他の構成の装置についても、本実施形態と同様に適用することができる。
【００４８】
例えば、本発明による地図表示処理をコンピュータで実行させるためのプログラムを記憶した記憶媒体を用意し、該地図表示処理を実現させる場合には、該記憶媒体に記録されているプログラムを記憶媒体読み取り装置で読み取らせ、コンピュータに実行させる構成としてもよい。
【００４９】
表示変換部４１２で実施される、本発明を適用した地図描画処理手順を、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５０】
本処理ではまず、地図データベース３から地図データを読み込み（ステップ５０１）、読み込んだ地図要素の属性から該地図要素が構造物データか否かを判定する（ステップ５０２）。
【００５１】
読み込んだ地図要素が構造物データでなければ、その地図要素を高さ０ｍで投影変換し（ステップ５０３）、鳥瞰図地図を描画する（ステップ５０４）。
【００５２】
読み込んだ地図要素が構造物データであれば、後で詳細を述べる構造物描画処理（ステップ５０５）において、構造物の３次元形状を作成し、該３次元形状を視点からの距離あるいは属性によって変形し、投影変換して立体表示する地図要素の描画データを作成する。そして、構造物描画処理５０５で作成した描画データをＲＡＭ２０２に格納する（ステップ５０６）。
【００５３】
上記ステップ５０１〜５０６の手順を、描画領域内の全ての地図要素の描画展開を終了（ステップ５０７）するまで、各々の地図要素に対し実行する。
【００５４】
全ての地図要素に対して処理が終了すると、ＲＡＭ２０２に格納された地図要素の描画データを、視点遠方の描画データから順に並び替えることで陰面消去し（ステップ５０８）、ステップ５０４で描画した鳥瞰図地図に、立体表示する地図要素の描画データを重ねて描画することで地図合成処理を行う（ステップ５０９）。
【００５５】
以下、構造物描画処理５０５の詳細を図６、７、８を用いて説明する。
【００５６】
構造物描画処理の一例を説明する。本例の処理は、視点近傍の立体表示する地図要素を縮小し、視点遠方の地図要素を拡大することにより、視認性の向上を図ったものである。
【００５７】
構造物データ３３０に記録された底面形状と階数情報３４２から、３次元形状を作成する手順の一例を図６を用いて説明する。
【００５８】
まず、ステップ６２０で構造物データ３３０の底面形状から、重心座標など構造物の概略位置を示す代表点Ｐ６２１を演算する。
【００５９】
次にステップ６３０で、正規化座標で表現されている底面形状の頂点座標列を、前記代表点Ｐ６２１を原点（０，０、０）とする座標系に変換する。
【００６０】
ステップ６３０では、階数情報３４２を基に構造物の高さを演算し、該底面形状の頂点座標と該高さ情報を基に、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【００６１】
本例における構造物描画処理５０５の処理手順を図７のフローチャートに示す。
【００６２】
本処理手順ではまず、設定されている視点から立体表示する地図要素までの距離に応じて地図要素を変形するため、視点近傍の地図要素を縮小する形状変換パラメータ１と、視点遠方の地図要素を拡大する形状変換パラメータ２を演算する（ステップ６００）。
【００６３】
ここで、形状変換パラメータは、３次元形状を構成する頂点座標値への倍率であり、ｘ、ｙ、ｚ軸全て同一の倍率としてもよいし、それぞれの座標で異なる倍率を設定してもよい。
【００６４】
３次元形状作成処理（ステップ６０１）では、図６で説明した３次元形状の作成手順を用い、階数情報３４２から構造物の高さを演算し、該高さと構造物データ３３０の底面形状から、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【００６５】
次に、視点位置から地図要素の代表点Ｐ６２１までの水平距離ｄを演算する（ステップ６０２）。このステップ６０２で得られた距離ｄと、予め設定されている所定距離Ｌを比較し（ステップ６０３）、距離ｄが所定距離Ｌより小さければ、地図要素の３次元形状を、形状変換パラメータ１を用いて縮小する（ステップ６０４）。
【００６６】
距離ｄが所定距離Ｌ以上であれば、地図要素の３次元形状を、形状変換パラメータ２を用いて拡大する（ステップ６０５）。
【００６７】
変形処理された３次元形状を、代表点Ｐ６２１を原点とする頂点座標から正規化座標に変換し、投影変換して（ステップ６０６）、立体表示する地図要素の描画データを作成する（ステップ６０７）。
【００６８】
以上説明した図７の処理を実施した場合の表示例を図８に示す。
【００６９】
表示例６１０では、本例の構造物描画処理５０５において、立体表示する視点近傍の地図要素を縮小し、視点遠方の地図要素を拡大した表示例である。図８中の符号６１０Ａ、６１０Ｃは拡大後の形状、６１０Ｄは縮小後の形状、６１０Ａは本例の形状変換処理が行われる前の形状をそれぞれ示している。
【００７０】
このように本例の構造物描画処理によれば、立体表示する視点近傍の地図要素を縮小することで、立体表示した視点近傍の地図要素によって隠される地図情報を低減することができる。また、立体表示する視点遠方の地図要素を拡大することにより、地図要素が強調表示され、視点遠方の地図要素の視認性向上を図ることができる。
【００７１】
尚、本例では、構造物データ３３０の底面形状と階数情報から３次元形状を生成しているが、地図データに記録される構造物データ３３０が、重心座標などの地図要素の代表点と、その代表点を原点とする頂点座標列で構成されていれば、処理６０１は省略可能である。
【００７２】
また、立体表示する地図要素に対応する３次元形状データを予めＲＯＭ２０３に記録しておき、地図要素に対応する３次元形状データを読み出すことで３次元形状を作成してもよい。
【００７３】
さらに、地図要素へ用いる形状変換パラメータを決定する前記所定距離Ｌは、その時点に設定されている視点高さあるいは俯角（見おろし角度）に応じて値を設定したり、ユーザが直接設定する構成としてもよい。このほか、立体表示する地図要素毎に異なる所定距離Ｌを設定したり、所定距離Ｌを複数個設定し、複数の形状変換パラメータを用いる構成としてもよい。
【００７４】
構造物描画処理５０５の他の例を、図９、１０を参照して説明する。
【００７５】
本例は、視点からの距離に比例して地図要素を拡大する場合の例である。本例の構造物描画処理５０５の処理手順を図９のフローチャートに示す。
【００７６】
本処理例では最初、３次元形状作成処理（ステップ６０１）で階数情報３４２から構造物の高さを演算し、該高さと構造物データ３３０の底面形状から、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【００７７】
次に、視点位置から地図要素の代表点Ｐ６２１までの水平距離ｄを演算する（ステップ６０２）。
【００７８】
次に、ステップ６０２で算出した距離ｄを基に、３次元形状の形状変換パラメータを演算する（ステップ６０３ａ）。本例では、距離ｄが大きくなるほど構造物の形状を拡大するため、以下の数１により形状変換パラメータを算出する。
【００７９】
形状変換パラメータ＝定数α×距離ｄ ……（数１）
ステップ６０３ａで算出した形状変換パラメータを用い、３次元形状を拡大する（ステップ６０５ａ）。
【００８０】
拡大された３次元形状を、代表点Ｐ６２１を原点とする頂点座標から正規化座標に変換し、投影変換して（ステップ６０６）、立体表示する地図要素の描画データを作成する（ステップ６０７）。
【００８１】
上述した図９の処理を実施した場合の表示例を図１０に示す。
【００８２】
表示例７１０は、本例の構造物描画処理において、視点から地図要素までの水平距離に比例して３次元形状を拡大した表示例である。図１０中の７１０Ａは本例による形状変換が行われた後の形状を示し、７１０Ｂは形状変換が行われる前の形状をそれぞれ示す。
【００８３】
このように本例の構造物描画処理によれば、視点近傍の地図要素は実際の景観に近い形状で表示し、視点遠方の地図要素は拡大して表示することにより、視点遠方の地図要素が強調表示され、視認性の向上を図ることができる。
【００８４】
構造物描画処理５０５の他の例を、図１１、１２を参照して説明する。
【００８５】
本例は、ある特定の属性を有する地図要素を拡大して強調表示し、それ以外の地図要素を縮小する場合の一例である。
【００８６】
本例の構造物描画処理における処理手順を図１１のフローチャートに示す。
【００８７】
本例ではまず、強調表示すべき地図要素が備えるべきを属性（以下では指定属性と呼ぶ）を設定し、該指定属性以外の地図要素を縮小するための形状変換パラメータ１と、指定属性の地図要素を拡大するための形状変換パラメータ２を演算する（ステップ６００ｃ）。
【００８８】
３次元形状作成処理（ステップ６０１）では、階数情報３４２から構造物の高さを演算し、該高さと構造物データ３３０の底面形状から、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【００８９】
次に、本処理の対象となっている地図要素が強調表示すべき指定属性の地図要素かを判定し（ステップ６０３ｃ）、強調表示すべき地図要素以外は、地図要素の３次元形状を形状変換パラメータ１で縮小する（ステップ６０４ｃ）。強調表示すべき属性の地図要素であれば、地図要素の３次元形状を、形状変換パラメータ２で拡大する（ステップ６０５ｃ）。
【００９０】
変形処理された３次元形状を、代表点Ｐ６２１を原点とする頂点座標から正規化座標に変換し、投影変換し（ステップ６０６）、立体表示する地図要素の描画データを作成する（ステップ６０７）。
【００９１】
上述した図１１の処理を実施した場合の表示例を図１２に示す。
【００９２】
表示例８１０は、本例の構造物描画処理において、地図要素の属性により、地図要素を変形して描画した表示例である。図１２中の８１０Ａは指定属性の地図要素でその形状が拡大されたものであり、８１０Ｂは指定属性以外の地図要素でその形状が縮小されたものである。
【００９３】
このように本例の構造物描画処理によれば、目印となる属性の地図要素を拡大し、強調表示することで、走行に必要な地図要素の情報を容易に認識可能となる。
【００９４】
尚、本例では、拡大する地図要素の属性を予め決定しているが、ユーザーが入力装置５を介して拡大する地図要素の属性を決定してもよい。
【００９５】
構造物描画処理５０５の他の例を、図１３、１４、１５を参照して説明する。
【００９６】
本例は、視点近傍の立体表示する地図要素を縮小し、視点遠方の地図要素を距離に依存することなく、各々の地図要素を常に一定のサイズで表示する場合の一例である。
【００９７】
本例の構造物描画処理の処理手順を図１３のフローチャートに示す。
【００９８】
本例の処理ではまず、視点近傍の立体表示する地図要素の３次元形状を縮小するため、形状変換パラメータを演算する（ステップ６００ｄ）。
【００９９】
３次元形状作成処理（ステップ６０１）で、階数情報３４２から構造物の高さを演算し、該高さと構造物データ３３０の底面形状から、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【０１００】
次に、視点位置から地図要素の代表点Ｐ６２１までの水平距離ｄを演算する（ステップ６０２）。
【０１０１】
ステップ６０２で得られた距離ｄと、予め設定されている所定距離Ｌを比較し（ステップ６０３）、距離ｄが所定距離Ｌより小さければ、地図要素の３次元形状を、形状変換パラメータを用いて縮小する（ステップ６０４ｄ）。
【０１０２】
変形処理された３次元形状を、代表点Ｐを原点とする頂点座標から正規化座標に変換し、投影変換し（ステップ６０６）、立体表示する地図要素の描画データを作成する（ステップ６０７）。
【０１０３】
距離ｄが所定距離Ｌ以上であれば、詳細は後述する構造物描画データ作成処理（ステップ９００）で、地図要素から任意距離はなれた位置から見た地図要素の投影画像を生成し、該投影画像を地図要素の代表点Ｐ６２１の表示位置に貼り付け、描画データを作成する。
【０１０４】
ステップ９００は、構造物表示位置演算処理（ステップ９０１）と、構造物描画イメージ生成処理（ステップ９０２）と、イメージ描画データ作成処理（ステップ９０３）とを含んでいる。
【０１０５】
構造物描画データ作成処理９００の詳細を図１４を用いて説明する。
【０１０６】
表示位置演算処理（ステップ９０１）では、３次元形状の代表点Ｐ６２１を投影変換し、表示画面９３０上での表示位置９３１を演算する。
【０１０７】
次に、表示イメージ生成処理（ステップ９０２）で、視点位置を原点とし視線方向をZ軸（奥行き方向）とする座標系に３次元形状を変換する。そして、地図要素の代表点Ｐ６２１が予め設定されている所定位置９２０と重なるように３次元形状を移動させる。この移動させた３次元形状を表示画面９３０とは異なる仮想表示画面９４０に投影し、地図要素の描画イメージ９４１を生成する。
【０１０８】
イメージ描画データ作成処理（ステップ９０３）では、仮想表示画面９４０に描画された地図要素の描画イメージ９４１を、表示画面９３０上の地図要素の表示座標９３１へ張り付け、描画データを作成する。
【０１０９】
上述した図１３の処理を実施した場合の表示例を図１５に示す。
【０１１０】
表示例９１０は、本例の構造物描画処理において、ある所定距離Lより視点遠方の地図要素を、視点からの距離ｄに依存することなく、常に各々の地図要素を一定の大きさで描画した例である。図１５中の９１０Ａ、９１０Ｂは所定距離Ｌより遠方に位置する地図要素であり、視点からの距離に依存しない大きさで表されている形状を示す。
【０１１１】
このように本例の構造物描画処理によれば、視点遠方の地図要素を一定の大きさで表示することにより、視点遠方の地図要素の視認性向上を図ることができる。
【０１１２】
尚、本例では構造物の３次元形状を視点から所定距離はなれた位置に移動し、仮想表示画面９４０へ投影することで描画イメージ９４１を生成しているが、地図要素から所定距離はなれた位置に第２の視点を設定し、第２の視点から地図要素を仮想表示画面９４０に投影変換して描画イメージ９４１を生成してもよい。
【０１１３】
構造物描画処理５０５の他の例を、図１６、１７を参照して説明する。
【０１１４】
本例は、視点近傍の立体表示する地図要素を縮小し、視点遠方の地図要素をイメージに置き換えて表示する場合の一例である。
【０１１５】
本例の構造物描画処理の処理手順を図１６のフローチャートに示す。
【０１１６】
本例ではまず、視点近傍の地図要素を縮小するための形状変換パラメータを演算する（ステップ６００ｄ）。
【０１１７】
３次元形状作成処理（ステップ６０１）で階数情報３４２から構造物の高さを演算し、該高さと構造物データ３３０の底面形状から、側面ポリゴン、上面ポリゴン、および底面ポリゴンで構成する筒型の３次元形状を作成する。
【０１１８】
次に、視点位置から地図要素の代表点Ｐ６２１までの水平距離ｄを演算する（ステップ６０２）。
【０１１９】
ステップ６０２で得られた距離ｄと、予め設定されている所定距離Ｌを比較し（ステップ６０３）、距離ｄが所定距離Ｌより小さければ、地図要素を形状変換パラメータで縮小する（ステップ６０４ｄ）。
【０１２０】
縮小した地図要素の３次元形状を、代表点Ｐ６２１を原点とする頂点座標から正規化座標に変換し、投影変換し（ステップ６０６）、立体表示する地図要素の描画データを作成する（ステップ６０７）。
【０１２１】
距離ｄが所定距離Ｌ以上であれば、まず、表示位置演算処理（ステップ９０１）で、地図要素の代表点Ｐ６２１を投影変換し、地図要素の表示位置９３１を演算する。
【０１２２】
次に、地図要素の属性に対応するランドマークなどのイメージデータを、ＲＯＭ２０３または地図データから読み出す（ステップ９０２ｅ）。
【０１２３】
そして、イメージ描画データ作成処理（ステップ９０３）で、読み出した地図要素のイメージデータを、表示画面９３０上の地図要素の表示位置９３１へ張り付け、描画データを作成する。
【０１２４】
尚、本例では視点遠方の地図要素をイメージデータに変更しているが、視点近傍の地図要素をイメージデータに変更することで、地図の視認性を高めることもできる。
【０１２５】
上述した図１６の処理を実施した場合の表示例を図１７に示す。
【０１２６】
表示例１１１０は、本例の構造物描画処理において、視点から地図要素までの距離が、所定距離以上の地図要素をイメージ表示に変更した表示例である。図１７中の１１１０Ａはイメージ表示された形状であり、１１１０Ｂは縮小表示された形状を示す。
【０１２７】
このように本例の構造物描画処理によれば、視点遠方の地図要素をイメージに置き換えて表示することにより、視点遠方にある地図要素の認識率を向上させることができる。
【０１２８】
次に、上記図５の陰面消去処理５０８について図１８、１９を用いて、以下に詳細を説明する。
【０１２９】
まず、本実施形態における陰面消去処理でのデータ管理方法の一例を、図１８を用いて説明する。
【０１３０】
本例では、画面に投影される地図領域（以下、可視領域と称す）を、視点からの所定水平距離Ｃ１３００により視点近傍可視領域Ａ１３０１と、視点遠方可視領域Ｂ１３０２の２つの領域に分割する。
【０１３１】
本例では、上記図５の描画データのスタック処理（ステップ５０６）で、立体表示する地図要素の代表点Ｐ６２１が、所定距離Ｃ１３００より視点遠方であるか判定し、地図要素を視点近傍可視領域Ａ１３０１と、視点遠方可視領域Ｂ１３０２の２つのグループに分け、描画データをメモリに登録する。
【０１３２】
本実施形態の陰面消去処理５０８の処理手順の一例を図１９のフローチャートに示す。
【０１３３】
本例ではまず、描画データのスタック処理（図５のステップ５０６）により、視点遠方可視領域Ｂ１３０２に属する地図要素の描画データが登録されているか判定し（ステップ１２０１）、描画データが登録されていれば、登録されている地図要素の描画データを読み出す（ステップ１２０２）。
【０１３４】
そして、代表点Ｐ６２１の座標値を用いて奥行き方向にソートし、視点から最も離れている奥から順に地図要素を並び替える（ステップ１２０３）。
【０１３５】
次に、視点近傍可視領域Ａ１３０１に属する地図要素の描画データが登録されているか判定する（ステップ１２０５）。
【０１３６】
登録された描画データがあれば、登録されている地図要素の描画データを読み出し（ステップ１２０６）、地図要素同士の重なりを考慮して奥行き方向にソートして、奥から順に地図要素を並び替える（ステップ１２０７）。
【０１３７】
上述した本例の処理により、各々の領域で奥行き順に並べ替えた描画データを、視点遠方の領域から順に描画処理を実施すれば、拡大表示される視点近傍では、地図要素の前後関係の裏返りを防ぎ、且つ可視領域内の多くの地図要素を高速に陰面消去することができる。
【０１３８】
尚、本例では、可視領域を２つの領域に分割し各領域毎に異なる陰面処理を実施しているが、３つ以上の領域に分割しそれぞれの領域ごとに異なる陰面消去処理を実施する構成としても良い。
【０１３９】
上述した本発明の実施形態によれば、立体的な地図を表示画面上に表示する際に、予め設定した視点遠方にある地図要素の認識を容易にするという効果に加えて、自動車等の移動体に搭載されているナビゲーション装置に本発明を適用した場合、以下のような効果がある。
【０１４０】
（１）視点遠方にある地図要素の視認性が向上されるため、移動中あるいは一時停止中等の時間的余裕があまりない場合でも、目印となるような建造物を特定することが容易になる。
【０１４１】
（２）種別（属性）毎あるいはユーザが選択した建造物の種別（属性）について強調表示することができるため、これら強調表示された建造物をナビゲーション装置の経路誘導の経由地や目的地として利用することで、経路誘導がより容易になる。
【０１４２】
（３）視点からの距離に応じて地図表示領域を分割し、分割領域毎に陰面消去することにより描画処理の負荷を低減し高速化が図れるため、移動体が移動して表示すべき画面が常に変化している状態でも、視認性の高い立体地図の更新をスムーズに実施することができる。
【０１４３】
なお、上述した実施形態では視点と表示されるべき地図要素との相対的位置関係に基づいて地図要素の表示形状を変形させていたが、本発明における表示形状の変形方法は上記の例に限定されるものではない。
【０１４４】
例えば、視点からの距離に応じて地図要素の３次元形状の大きさを変形するだけでなく、変形後の３次元形状の表示色、表示線の太さや種類などの表示形態に関連する属性についても、その時点での形状変換パラメータの値に応じて規定値から変化させる構成としても良い。
【０１４５】
また、上述した実施形態ではナビゲーション装置における立体地図表示に適した立体地図表示装置について説明したが、本発明の適用範囲はナビゲーション装置における地図表示に限定されるものではない。例えば、鳥瞰図等を利用して奥行きにある景観を示す画像をコンピュータで生成して表示画面上に表示する装置であれば、本発明を適用して視点遠方にある構造物の表示形状を該視点からの距離などに応じて変換することにより、表示された景観の視認性を向上させることができる。
【０１４６】
また、本実施形態においては、形状変換パラメータを決定する所定距離Ｌは視点からの水平距離に対して設定されているが、本発明では、視点と地図要素の相対位置関係を示すものであれば、その他の物理量を用いて形状変換パラメータを設定する構成としても良い。例えば、視点から地図要素までの直線距離、垂直距離、高度差等に基づいて、形状変換パラメータを決定する構成としても良い。
【０１４７】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の視点位置から眺めた立体地図を表示するナビゲーション装置などの立体地図表示装置において、地図の立体化による描画処理負荷を軽減し、且つ視点遠方の地図要素を拡大、視点近傍の地図要素を縮小して表示する等の形状変換処理を実施することで、立体表示した地図の視認性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるナビゲーション装置の一実施形態における構成を示すブロック図。
【図２】演算処理部１のハードウエア構成を示したブロック図。
【図３】地図データベース３のデータフォーマットを示した説明図。
【図４】演算処理部１の機能構成を示したブロック図。
【図５】本発明における、地図要素の形状を変更する構造物描画処理を備える地図描画処理の一例を示すフローチャート。
【図６】本発明における、３次元形状の作成手順を説明する説明図。
【図７】本発明による地図要素の形状変換手段を備える構造物描画処理であって、視点から地図要素までの距離により、地図要素の形状を変更する処理の一例を示すフローチャート。
【図８】図７の処理を実施したときの表示例を示す説明図。
【図９】本発明による地図要素の形状変換手段を備える構造物描画処理であって、視点から地図要素までの距離により、地図要素の形状を変換する処理の他の例を示すフローチャート。
【図１０】図９の処理を実施したときの表示例を示す説明図。
【図１１】本発明による地図要素の形状変換手段を備える構造物描画処理であって、地図要素の属性により、地図要素の形状を変更する処理の一例を示すフローチャート。
【図１２】図１１の処理を実施したときの表示例を示す説明図。
【図１３】本発明による地図要素の形状変換手段を備える構造物描画処理であって、視点から地図要素までの距離が所定距離以上の地図要素を、各々の地図要素が常に一定サイズで表示する処理の一例を示すフローチャート。
【図１４】本発明における、構造物描画データ作成処理の手順を説明する説明図。
【図１５】図１３の処理を実施したときの表示例を示す説明図。
【図１６】本発明による地図要素の形状変換手段を備える構造物描画処理であって、視点から地図要素までの距離により、地図要素の描画形態を３次元形状からイメージに変更する処理の一例を示すフローチャート。
【図１７】図１６の処理を実施したときの表示例を示す説明図。
【図１８】本発明における陰面消去処理のデータ管理方法を説明した説明図。
【図１９】本発明における陰面消去処理の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
６１０Ａ、６１０Ｃ…形状変換後の拡大形状、６１０Ｂ…形状変換前の形状、６１０Ｄ…縮小形状、６２１…地図要素の代表点Ｐ、７１０Ａ…形状変換後の形状、７１０Ｂ…形状変換前の形状、８１０Ａ…形状変換後の拡大形状（指定属性の地図要素）、８１０Ｄ…縮小形状、９１０Ａ、９１０Ｂ…固定サイズ表示形状、１１１０Ａ…イメージ表示形状、１１１０Ｂ…縮小表示形状。

Claims (4)

1. 表示画面に立体的な地図を表示する立体地図表示装置であって、
   前記地図を構成する複数の地図要素が記憶された地図データベースと、
   予め設定された視点から投影面に前記地図要素を投影変換することで立体的地図を作成し、該立体的地図を表示画面に表示する地図表示部とを備え、
   前記地図表示部は、
   前記地図データベースに含まれている情報から立体的に表示すべき地図要素の３次元的形状を設定する形状設定手段と、
   前記設定された地図要素の３次元的形状を変形するための形状変換パラメータを設定するパラメータ設定手段と、
   前記設定された地図要素の３次元的形状を前記設定された形状変換パラメータを用いて変形し、該変形した３次元的形状を投影変換して前記立体的地図中に表示する形状変換手段とを備え、
   前記形状変換パラメータは、地図要素ごとの代表点から、当該地図要素を構成する頂点まで、の相対座標値についてのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への倍率であり、
   前記パラメータ設定手段は、前記視点に対し、視点近傍側の地図要素の前記倍率よりも視点遠方側の地図要素の前記倍率が大きくなるように設定することを特徴とする立体地図表示装置。
2. 請求項１に記載の立体地図表示装置において、
   前記パラメータ設定手段は、立体表示すべき地図要素が有する属性情報に応じて、前記形状変換パラメータを決定することを特徴とする立体地図表示装置。
3. 請求項１に記載の立体地図表示装置において、
   形状変換すべき地図要素の属性を指定するためのユーザ入力を受け付ける入力部をさらに備え、
   前記パラメータ設定手段は、前記ユーザが指定した属性の地図要素について、前記形状変換パラメータを決定することを特徴とする立体地図表示装置。
4. 移動体に搭載されるナビゲーション装置において、
   前記移動体の現在位置を決定する位置決定部と、
   前記決定された現在位置を含む予め定めた範囲の地図に、該現在位置を示すマークを重畳して表示する表示部とを備え、
   前記表示部は、前記立体的地図を表示するための地図表示手段として、請求項１〜３のいずれかに記載の立体地図装置を備えることを特徴とするナビゲーション装置。

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