JP5599503B2

JP5599503B2 - 地図描画装置

Info

Publication number: JP5599503B2
Application number: JP2013500674A
Authority: JP
Inventors: 誠大津留
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: CN103384897A; WO2012114387A1; JPWO2012114387A1; US20130300738A1; DE112011104959T5

Description

この発明は、３次元地形起伏で表現された地図を描画する地図描画装置に関する。

カーナビゲーションシステムの機能の１つとして、地図を３次元地形起伏で表現する３次元地形起伏表示機能が知られている。この３次元地形起伏表示機能を実現する方法として、一般に、３次元ポリゴンで構築された地形起伏データに、航空写真などの画像データをテクスチャとしてマッピングするテクスチャマッピングが用いられている。

カーナビゲーションシステムで保持されている地図データは、パーセルと呼ばれる矩形に分割されており、パーセル単位で地図データが格納されている。そして、地図を描画する際は、一般に、パーセル単位で処理が行われる。そのため、テクスチャマッピングをカーナビゲーションシステムに適用する場合、パーセル単位で３次元地形起伏ポリゴンとテクスチャを作成する方法が考えられる。

このようなテクスチャマッピングを用いた３次元地形起伏表示を実現するために、特許文献１は、矩形で区切られたブロックの画像データから描画範囲内の画像を切り出して３次元地形起伏ポリゴンにマッピングすることにより描画を行う技術を開示している。

特開２００６−１１７６０号公報

しかしながら、上述した特許文献１には、あらかじめブロック単位で作成された画像データから描画範囲内の画像を切り出して、３次元地形起伏ポリゴンにテクスチャとしてマッピングする技術は開示されているが、テクスチャの作成方法には言及されていない。また、画像の切り出し処理を行うためには、一度描画範囲外を含む画像データをメモリ上に読み込まなければならず、処理速度の低下とメモリ使用量の増加を招くという問題がある。

この発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、好適なテクスチャを作成することができ、しかも、処理速度の向上およびメモリ使用量の削減を図ることができる地図描画装置を提供することを目的とする。

この発明に係る地図描画装置は、テクスチャを作成するテクスチャ作成部と、３次元地形起伏ポリゴンを作成する３次元地形起伏ポリゴン作成部と、テクスチャ作成部で作成されたテクスチャを３次元地形起伏ポリゴン作成部で作成された３次元地形起伏ポリゴンにマッピングして３次元描画することにより３次元地図起伏描画を行う描画部とを備え、テクスチャ作成部は、描画範囲に対して任意のサイズのテクスチャを生成するテクスチャ生成部と、テクスチャの解像度および３次元描画パラメータに応じた拡大縮小パラメータを用いて、地図座標系で表現されたベクタデータである地図データをテクスチャのピクセル座標系に変換する座標変換部と、座標変換部でピクセル座標系に変換された地図データを２次元描画することにより、３次元地形起伏ポリゴン作成部で作成された３次元地形起伏ポリゴンにマッピングするためのテクスチャを作成するテクスチャ描画部を備えている。

この発明に係る地図描画装置によれば、描画範囲に対して適切なサイズのテクスチャを作成することができるとともに、地図を描画する際の処理速度の向上およびメモリ使用量の削減を図ることができる地図描画装置を提供できる。

この発明の実施の形態１に係る地図描画装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る地図描画装置における描画範囲とテクスチャの関係を説明するための図である。この発明の実施の形態１に係る地図描画装置におけるテクスチャ作成処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る地図描画装置における３次元地形起伏ポリゴン作成処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る地図描画装置において行われる３次元地形起伏ポリゴンにテクスチャ座標を設定する処理を説明するための図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
以下に説明する実施の形態１は、この発明をカーナビゲーションシステムに含まれる地図描画装置に適用したものである。

図１は、実施の形態１に係る地図描画装置の構成を示すブロック図である。この地図描画装置は、地図データベース１、制御部２、地図データ取得部３、テクスチャ作成部４、３次元地形起伏ポリゴン作成部８および描画部１１を備えている。

地図データベース１は、地図データを記憶している。この地図データベース１に記憶されている地図データは、地図データ取得部３によって読み出される。

制御部２は、外部からの入力に応じて、描画範囲および表示縮尺などといった地図描画に必要なパラメータを決定する。この制御部２で決定されたパラメータは、地図データ取得部３に送られる。

地図データ取得部３は、制御部２から送られてきたパラメータで示される描画範囲内の地図データを地図データベース１から取得する。この地図データ取得部３によって取得された地図データは、テクスチャ作成部４および３次元地形起伏ポリゴン作成部８に送られる。

テクスチャ作成部４は、地図データ取得部３からの地図データに基づきテクスチャを作成し、描画部１１に送る。さらに詳細に説明すると、テクスチャ作成部４は、テクスチャ生成部５、座標変換部６およびテクスチャ描画部７を備えている。

テクスチャ生成部５は、図示しないグラフィックスメモリ上に、描画範囲に対して１枚のみのテクスチャを生成する。このテクスチャ生成部５で生成されたテクスチャは、テクスチャ描画部７に送られる。

座標変換部６は、地図データ取得部３から送られてきた地図データを、テクスチャに描画可能なテクスチャ内のピクセル座標系に変換する。この座標変換部６で変換することにより得られたピクセル座標系の地図データは、テクスチャ描画部７に送られる。

テクスチャ描画部７は、座標変換部６から送られてきたピクセル座標系の地図データを２次元描画により、テクスチャ生成部５で生成されたテクスチャに描画する。このテクスチャ描画部７で描画することにより得られたテクスチャは、描画部１１に送られる。

３次元地形起伏ポリゴン作成部８は、地図データ取得部３からの地図データに基づき３次元地形起伏ポリゴンを作成し、描画部１１に送る。さらに詳細に説明すると、３次元地形起伏ポリゴン作成部８は、３次元ポリゴン作成部９およびテクスチャ座標設定部１０を備えている。

３次元ポリゴン作成部９は、地図データ取得部３からの地図データに基づき３次元ポリゴンを作成する。この３次元ポリゴン作成部９で作成された３次元ポリゴンは、テクスチャ座標設定部１０に送られる。

テクスチャ座標設定部１０は、３次元ポリゴン作成部９から送られてきた３次元ポリゴンの各頂点にテクスチャ座標を設定し、３次元地形起伏ポリゴンを作成する。このテクスチャ座標設定部１０で作成された３次元地形起伏ポリゴンは、描画部１１に送られる。

描画部１１は、テクスチャ作成部４から送られてきたテクスチャと３次元地形起伏ポリゴン作成部８から送られてきた３次元地形起伏ポリゴンとを用いて３次元地形起伏描画を行う。

次に、上記のように構成される実施の形態１に係る地図描画装置の動作を説明する。まず、制御部２は、外部からの入力に応じて、描画範囲および表示縮尺などといった地図描画に必要なパラメータを決定し、地図データ取得部３に送る。

次いで、地図データ取得部３は、制御部２から送られてきたパラメータに従って、必要な地図データを地図データベース１から取得し、テクスチャ作成部４に送る。なお、地図データベース１から取得される地図データは、図２に示すように、パーセルと呼ばれる矩形に分割されており、地図データベース１には、パーセル単位で地図データが格納されているものとする。

次いで、テクスチャ作成部４は、地図データ取得部３から送られてきた地図データのうち、道路データおよび背景データなどといった地形上に表示すべきデータを２次元描画することにより、３次元地形起伏ポリゴンにマッピングするためのテクスチャを作成する。ここで、テクスチャを作成するためのテクスチャ作成処理について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

テクスチャ作成処理では、まず、任意サイズのテクスチャが生成される（ステップＳＴ１１）。すなわち、テクスチャ生成部５は、図示しないグラフィックスメモリ上に、任意サイズのテクスチャを生成する。この際、描画範囲に含まれるパーセル毎にテクスチャを生成すると、図２に示すように、描画範囲外の不要なテクスチャが生成されるので、グラフィックスメモリ使用量が増加する。そこで、テクスチャ作成処理では、描画範囲に対して１枚のみのテクスチャが生成される。

次いで、ステップＳＴ１１で生成されたテクスチャに、道路データおよび背景データなどの地図データを２次元描画することにより、３次元地形起伏ポリゴンにマッピングするためのテクスチャが作成されるが、道路データおよび背景データなどは、緯度・経度および地図領域内で正規化された座標系（以下、「地図座標系」という）で表現されたベクタデータであるため、ピクセル座標系で表現されるテクスチャとは座標系が異なる。したがって、２次元描画するためには、座標系の変換を行う必要がある。この座標系の変換のために、テクスチャの解像度および３次元描画パラメータに応じて、アフィン変換の拡大縮小パラメータを決定する必要がある。

そこで、地図座標系からピクセル座標系へ変換する際に使用する拡大縮小パラメータが求められる（ステップＳＴ１２）。具体的には、座標変換部６は、下記（１）式により、拡大縮小パラメータｒａｔｉｏを算出する。

ここで、ＴＷは１画面内に割り当てるテクスチャの幅であり、ｄｉｓｔａｎｃｅは２次元座標から３次元座標への変換を表す下記（２）式で算出されるａ１とａ２の間の距離である。

ここで、ｄ１は画面左下ピクセル座標、ｄ２は画面右下ピクセル座標、Ｖｐはビューポートマトリックス、Ｐはプロジェクションマトリックス、Ｖはビューマトリックス、Ｗはワールドマトリックスである。なお、ワールド座標系上での距離は地図座標系での距離に等しい。また、上記（２）式は、３次元座標から画面上のデバイス座標への変換処理を表す下記（３）式の逆変換により求められる。

このように、テクスチャの解像度および３次元描画パラメータに応じた座標変換の比率を算出することにより、常に適切なテクスチャを作成できる。

なお、上記拡大縮小パラメータとしては、あらかじめオフラインで、特定のテクスチャの解像度および３次元描画パラメータに応じたものを算出しておき、必要に応じて使用するように構成することもできる。

次いで、地図座標系の地図データがピクセル座標系に変換される（ステップＳＴ１３）。すなわち、座標変換部６は、ステップＳＴ１２で求めた拡大縮小パラメータを用いてアフィン変換を行うことにより、地図座標系の地図データをピクセル座標系に変換する。この際、パーセル毎にアフィン変換の平行移動パラメータを適切に設定することにより、異なるパーセルの地図データを、テクスチャ内の適切な位置に描画することができる。

次いで、ピクセル座標系に変換された後の地図データがテクスチャに描画される（ステップＳＴ１４）。すなわち、テクスチャ描画部７は、ステップＳＴ１３でピクセル座標系に変換された地図データを２次元描画することにより、テクスチャ解像度および３次元描画パラメータに応じたテクスチャを作成し、３次元地形起伏ポリゴン作成部８に送る。以上により、テクスチャ作成処理は終了する。

次いで、３次元地形起伏ポリゴン作成部８は、地図データから３次元地形起伏ポリゴンを作成する３次元地形起伏ポリゴン作成処理を行う。ここで、３次元地形起伏ポリゴン作成処理について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

３次元地形起伏ポリゴン作成処理では、まず、パーセル毎に３次元ポリゴンが作成される（ステップＳＴ２１）。すなわち、３次元ポリゴン作成部９は、地図データ取得部３からの地図データに基づきパーセル毎に３次元ポリゴンを作成し、テクスチャ座標設定部１０に送る。ここで作成される３次元ポリゴンの座標系は、地図座標系である。

次いで、３次元ポリゴンの頂点にテクスチャ座標が設定される（ステップＳＴ２２）。すなわち、テクスチャ座標設定部１０は、テクスチャ作成部４から送られてきたテクスチャを３次元地形起伏ポリゴンに正しくマッピングするために、下記（４）式を用いて算出したテクスチャ座標を、３次元地形起伏ポリゴンの頂点に設定する。

ここで、図５に示すように、（ｌｔｘ，ｌｔｙ）は描画範囲左上の座標、（ｒｂｘ，ｒｂｙ）は描画範囲右下の座標、（ｘ，ｙ）はテクスチャ座標を算出する３次元地形起伏ポリゴン座標である。以上により、３次元地形起伏ポリゴン作成処理は終了する。

なお、上述した例では、テクスチャ作成部４においてテクスチャ作成処理が行われた後に３次元地形起伏ポリゴン作成部８において３次元地形起伏ポリゴン作成処理が行われるように構成したが、３次元地形起伏ポリゴン作成処理が行われ後にテクスチャ作成処理を行うように構成することもできる。

最後に、描画部１１は、３次元地形起伏ポリゴン作成部８で作成された３次元地形起伏ポリゴンに、テクスチャ作成部４で作成されたテクスチャをマッピングして、３次元描画することにより、３次元地形起伏描画を行う。

以上説明したように、実施の形態１に係る地図描画装置によれば、道路および背景などの地図データを適切な拡大縮尺パラメータにより座標変換して２次元描画することによりテクスチャを作成し、３次元地形起伏ポリゴンにマッピングすることにより、テクスチャ解像度および３次元描画パラメータに応じた３次元地形起伏表示を実現できる。また、描画範囲内のみのテクスチャが作成されるので、グラフィックスメモリの使用量を最小限に抑えることができる。なお、図５に示すように、パーセルのサイズと描画範囲がほぼ等しいようなケースでは、平均で５０％以上のメモリ使用量削減が可能である。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１地図データベース、２制御部、３地図データ取得部、４テクスチャ作成部、５テクスチャ生成部、６座標変換部、７テクスチャ描画部、８３次元地形起伏ポリゴン作成部、９３次元ポリゴン作成部、１０テクスチャ座標設定部、１１描画部。

Claims

テクスチャを作成するテクスチャ作成部と、
３次元地形起伏ポリゴンを作成する３次元地形起伏ポリゴン作成部と、
前記テクスチャ作成部で作成されたテクスチャを、前記３次元地形起伏ポリゴン作成部で作成された３次元地形起伏ポリゴンにマッピングして３次元描画することにより３次元地図起伏描画を行う描画部を備え、
前記テクスチャ作成部は、
描画範囲に対して任意のサイズのテクスチャを生成するテクスチャ生成部と、
テクスチャの解像度および３次元描画パラメータに応じた拡大縮小パラメータを用いて、地図座標系で表現されたベクタデータである地図データをテクスチャのピクセル座標系に変換する座標変換部と、
前記座標変換部でピクセル座標系に変換された地図データを２次元描画することにより、前記３次元地形起伏ポリゴン作成部で作成された３次元地形起伏ポリゴンにマッピングするためのテクスチャを作成するテクスチャ描画部
とを備えた地図描画装置。
テクスチャを作成するテクスチャ作成部と、
３次元地形起伏ポリゴンを作成する３次元地形起伏ポリゴン作成部と、
前記テクスチャ作成部で作成されたテクスチャを前記３次元地形起伏ポリゴン作成部で作成された３次元地形起伏ポリゴンにマッピングして３次元描画することにより３次元地図起伏描画を行う描画部を備え、
前記３次元地形起伏ポリゴン作成部は、
地図データに基づき３次元ポリゴンを作成する３次元ポリゴン作成部と、
前記３次元ポリゴン作成部からの３次元ポリゴンの各頂点にテクスチャ座標を設定して３次元地形起伏ポリゴンを作成するテクスチャ座標設定部とを備え、
前記テクスチャ座標設定部は、描画範囲の左上端部の座標を（ｌｔｘ，ｌｔｙ）、前記描画範囲の右下端部の座標を（ｒｂｘ，ｒｂｙ）、前記描画範囲に含まれる３次元地形起伏ポリゴン座標を（ｘ，ｙ）として、前記テクスチャ座標（ｔｕ，ｔｖ）を数式（ｔｕ，ｔｖ）＝（（ｘ−ｌｔｘ）／（ｒｂｘ−ｌｔｘ），（ｙ−ｌｔｙ）／（ｒｂｙ−ｌｔｙ））を用いて算出する
ことを特徴とする地図描画装置。
３次元地形起伏ポリゴン作成部は、
地図データに基づき３次元ポリゴンを作成する３次元ポリゴン作成部と、
前記３次元ポリゴン作成部からの３次元ポリゴンの各頂点にテクスチャ座標を設定して３次元地形起伏ポリゴンを作成するテクスチャ座標設定部
を備えたことを特徴とする請求項１記載の地図描画装置。