TW200929066A - Geospatial data system for selectively retrieving and displaying geospatial texture data in successive additive layers of resolution and related methods - Google Patents

Geospatial data system for selectively retrieving and displaying geospatial texture data in successive additive layers of resolution and related methods Download PDF

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200929066 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於模型化系統之領域,且更特定言之,本發 明係關於地理空間模型化系統及相關方法。 【先前技術】 _ 地理區域之地形模型可用於許多應用中。舉例而言,地 形模型可用於飛行模擬器及用於計畫軍事任務。此外,人 造結構(例如,城市)之地形模型在應用中可係非常有用 〇 的,舉例而言,諸如蜂巢式天線放置、都市計畫、災難準 備與分析,及製圖。 . 目前使用多種類型及方法以製造地形模型。一種常見之 地形模型係數值高程地圖(DEM)。一 DEM係一地理區域之 一抽樣矩陣表示,其可藉由一電腦以一自動化方式產生。 在一 DEM中,座標點係被製為對應於一高度值。DEM典型 地用於模型化其中不同高程(例如,狹谷、高山等等)之間 之轉變係自一個至下一個一般係平滑的之地貌。即,DEM 〇 典型地將地貌模型化為複數個曲面且其間任何不連續性因 此被”平滑化("smooth" over)”。因此,在一典型之DEM 中,在地貌上不存在任何相異物件。 一種特別有利之3D現場模型化產品係來自當前受讓人 Harris公司的RealSite®。RealSite®可用於記錄一興趣地理 區域的重疊影像,並使用立體及天底點觀測技術而提取高 解析度DEM。RealSite®提供一半自動製程以製造具有準 確紋理及結構邊界之地理區域(包括城市)的三維(3D)地形 134206.doc 200929066 模型。此外,RealSite®在地理空間上係準確的。即,模型 内任一特定點之位置以極高準確度對應於地理區域中的一 實際位置。用於產生RealSite®模型之資料可包括航空及衛 星照相術、電光、紅外線及光達(LIDAR)。 用於產生3D現場模型之另一有利方法在Rahmes等人之 -美國專利第ό,654,690號中闡述,該案亦讓與給當前受讓人 • 且因此該案之全文以引用之方式併入本文中。此專利揭示 一種自動化方法用以基於高程對位置之隨機間隔資料而製 β 造一區域(包括其上之地貌及建築物)的一地形模型。該方 法包括處理隨機間隔資料以產生遵照一預定位置網格的高 程對位置之網格資料,處理該網格資料以辨別建築物資料 與地貌資料,及對建築物資料執行多邊形提取以製造該區 域(包括其上之地貌及建築物)的地形模型。 但是,對於上文討論之該等高級模型化系統,地形模型 不再被保留。許多網際網路服務提供者諸如G〇〇gleTM& _ Microsoft®正期望透過網際網路提供對3D地形模型的存 取,其對使用者儘可能非常真實地顯示一城市或位置看起 來係如何的。此可有利地幫助增加一使用者對一特定區域 的認知並提供一探索環境。該等公司正努力提供易於使 用、更真實且最終更有用的環境。改良使用者體驗涉及到 從更好之地貌、更高度詳細之城市/建築物模型及地貌與 建築物之更尚解析度成像之方面來增加3D環境的品質。 然而’一項重大挑戰係,雖然地貌及模型從其等幾何形 狀或結構方面而言係相當小的,但用於增強基本模型之成 134206.doc 200929066 像及紋理典型地係非常大的。透過一高速網路,諸如大多 數企業網路中找到的,自一區域網路伺服器下載模型及紋 理係相對快速的且因此不是特別棘手。然而,透過網際網 路下載此等數量之資料可能非常慢且因為相對有限之可用 頻寬而顯著降低使用者體驗。 當前,存在若干網路致能3D檢視器,其等允許使用者檢 視來自一網路或網際網路伺服器的模型《此等檢視器包括
Google™ Earth、Microsoft® VirtualEarth 及 NASA World Wind 〇 所有檢視器共有檢視具有某一變化程度之紋理地貌的無紋 理建築物模型之能力。紋理模型往往係非常初步的。 Microsoft® VirtualEarth嘗試將紋理施加於其等之模型上, 但延遲可能太長而變得對使用者而言無法接受。 已開發多種方法用以遠端存取地貌資料。YaroI1等人之 美國專利第6,496,189號中闡述了一個實例。該專利揭示一 種用於將描述三維地貌之資料塊提供至一呈現器(renderer) 的方法。該等資料塊屬於一階層式結構,該階層式結構包 括在複數個不同之解析層的塊。該方法包括自該呈現器接 收地貌中的一個或多個座標以及一各自之解析層的指示, 提供該呈現器一第一資料塊,該第一資料塊包括對應於來 自一局部記憶體之座標的資料,及若自該局部記憶體之所 提供塊不在該指示解析層中’則自一遠端伺服器下載包括 對應於該座標之資料的一個或多個附加資料塊。 儘管存在該等方法,但可期望有更多進步以遠端地榻取 及顯示大量地理空間資料。 134206.doc 200929066 【發明内容】 鑒於前述背景,因此本發明夕 n ^ t + |明之一目的係提供一種用於有 效地擷取及顯示地理空間資料的系統及相關方法。 此及其他目的、特徵及優點係藉由—地理空間資料系統 而提供,該地理空間資料系統可包括至少一個地理空間資 料儲存裝置,該至少-個地理空間資料儲存裝置含有三維 (3D)地理工間結構資料,且亦含有與該地理^間結構資 料關聯並可以連續附加之解析層而擷取的地理空間紋理資 料。該系統此外可包括至少一個地理空間資料存取裝置, 該至少一個地理空間資料存取裝置包含一顯示器及一與之 合作的處理器以用於與該至少一個地理空間資料儲存裝置 遠端地通信,以基於該3D結構資料及與之關聯的地理空間 紋理資料而擷取並顯示一場景於該顯示器上。此外,地理 空間紋理資料可有利地以連續附加之解析層被擷取及顯 示0
更特定言之,該處理器可優先化該顯示器上之該場景中 不同3D地理空間結構之關聯地理空間紋理資料之連續附加 解析層的擷取及顯示。舉例而言,該處理器可基於該顯示 器上之該場景中的3D地理空間結構之相對距離而優先化, 及/或基於該顯示器上之該場景中的3D地理空間結構之不 同相對面積而優先化。 該至少一個地理空間資料存取裝置此外可包含至少一個 使用者輸入裝置’其與該處理器合作用以允許使用者在該 顯示器上之該場景中選擇一視角(POV)。該地理空間資料 134206.doc -9- 200929066 系統此外τ包括-通信通道,其_合該至少一個地理空間 ;;儲存裝置及該地理空間資料存取裝置,且該通信通道 可具有-容量,其不足以在一預定時間内承載該顯示器上 =該場景中的3D地理空間結構之所有關聯之地理空間紋理 "貝料。舉例而言,該通信通道可包含網際網路。此外,該 至少一個地理空間資料儲存裝置及該至少一個地理空間資 料存取裝置可使用一串流小波為基礎之成像壓縮協定而通 信。舉例而言,串流小波為基礎之成像壓縮協定可包含 JPEG 2000互動式協定。 一地理空間資料存取方法態樣可包括將三維(3D)地理空 間結構資料及與該地理空間3D結構資料關聯之地理空間紋 理資料儲存在至少一個地理空間資料儲存裝置中,且該地 理空間紋理資料可以連續附加之解析層而擷取。該方法此 外了包括基於該3 D結構資料及與之關聯的地理空間紋理資 料而遠端地擷取並顯示一場景於一顯示器上。更特定言 之’該地理空間紋理資料可以連續附加之解析層被擷取及 顯示。 一相關之電腦可讀媒體可具有用於引起一電腦執行數個 步驟的電腦可執行指令,該等步驟包含基於儲存在至少一 個地理空間資料儲存裝置中的3D結構資料及與之關聯的地 理空間紋理資料而遠端地擷取及顯示一場景於一顯示器 上°更特定言之’遠端地擷取及顯示可包括以連續附加之 解析層遠端地擷取及顯示該地理空間紋理資料。 【實施方式】 134206.doc 10- 200929066 現在將參考附圖在下文中更充分地描述本發明,圖中顯 不本發明之較佳實施例。然而,本發明可以許多不同之形 式體現且不應解讀為被限制於此處所闡述之實施例。更確 切而言,提供此等實施例以使本發明係詳盡且完整的,並 將本發明之範疇充分地傳達予熟習此項技術者。各處相同 數子係指相同元件,且撇號(prime notation)係用於指示替 代實施例中的相似元件。 ❹
最初論及圖1-6,現在描述一地理空間資料系統3〇及關 聯之方法。系統30例示性地包括一個或多個地理空間資料 儲存裝置31,該地理空間資料儲存裝置31含有三維(3D)地 理空間結構資料,且亦含有與該地理空間3D結構資料關聯 並可以連續附加之解析層而操取的地理空間紋理資料。如 此處所使用’ π結構"資料包括人造(例如’建築物、橋,等 等)資料’且3D地理空間結構資料可為一 〇ΕΜ之形式,舉 例而言’諸如一碑形不規則三角網路(T_TIN)。地理空間紋 理資料可係光學(即,影像)資料,舉例而言,其係用於覆 蓋或紋理化DEM等等以使影像看起來更真實,如熟習此項 技術者所瞭解的。在圖2之實例中,地理空間資料儲存裝 置3 1被實施於一網際網路模型庫伺服器39中,如熟習此項 技術者所瞭解的。 該系統此外例示性地包括一個或多個地理空間資料存取 裝置32,其用於諸如經由一廣域網路33遠端地存取地理空 間資料儲存裝置3 1,在所續示之實施例中該廣域網路係網 際網路。地理空間存取裝置32例示性地包括一顯示器34及 11 134206.doc 200929066 處理器35,舉例而言,諸如一個人電腦(pc)或麥金塔 (Macintosh)電腦的中央處理單元(cpu),雖然亦可使用其 他類型之處理器(工作站、個人數位助理(pDA)裝置、膝上 里電腦,等等)。在圖2中綠示的實例令,地理空間存取裝 置32係一網際網路致能裝置。 • —般Μ ’處理器運行—與顯示㈣合作之檢視器程 . ⑽以用於與地理空間資_存裝置31遠端地通信,以基 於3D結構資料及與之關聯的地理空間紋理資料而摘取並顯 β 卜場景於顯示器上。如上討論的,當透過一頻寬相對有 限之通信通道諸如網際網路(舉例而言,與一區域高速網 路連接相較)擷取大量地理空間紋理資料時,此可使一地 理空間場景或模型在顯示器34上的呈現㈣心咖g)對於使 用者係非常麻煩且令人值喪的。或者規定,該通信通道 (例如’網際網路)可具有—容量,其不;1以在-預定時間 (即’處理器35另外可呈現該場景的時間)内承載該顯示器 34上之該場景中的扣地理空間結構之所有關聯之地理空間 β 紋理資料。 典型地,3D地理空間結構資料的傳送將係相對快的,因 為其檔案尺寸較小(例如,大約數千位元組),且因此實質 上可回應來自地理空間資料存取裝置32之請求而立即被發 送及顯不。另一方面,地理空間紋理資料可為大約若干百 萬位讀或更大,舉例而言,其延遲幾何形狀的呈現及顯 不器35另外等待直到所有資料被棟取才開始呈現過程。 與其藉由減少解析度而折衷地理空間紋理資料(且因此 134206.doc 200929066 折衷最終影像),或使用可提供假的或誤導影像之較小尺 寸的合成紋理,不如地理空間紋理資料係有利地以連續附 加之解析層36a-36d(即,其被"串流"於層中)被擷取及顯 示。此可有利地使使用者體驗更具互動性,因為隨著使用 者導覽一地理空間模型/場景,模型紋理漸進地銳化,如 . 熟習此項技術者所瞭解的。 • 更特定言之,在過去幾年中,一項被稱為JPEG 2〇〇〇之 小波為基礎的成像壓縮科技已被建立及標準化其減少了 〇 肖於-特定影像所必需的資料。此規範之—章節致能成像 串流,被稱為該規範之第9部分下的JPEG 2000互動式協定 (JPIP) ’其全文以引用之方式併入本文中。在衛星成像市 場中,此項技術可允許使用者有效地透過慢至16 kB/秒之 連接瀏覽尺寸為若干十億位元組的影像。 申请人已發現若JPIP技術被應用於模型紋理,此藉由減 少以不同解析度紋理化—模型所需要的資料量而有效地增 〇 #使用者體驗°串流化紋理係—種與當前下載全解析度紋 理(或夕重不同解析度之紋理)之方法不同的方法,其利用 上文提及之更有效的及互動式的協定。 根據-個實施例,有效之使用者體驗可包括無紋理模型 的,入,接著載入紋理模型,該等紋理模型隨著使用者接 近場景中之建築物或其他物件(即,?文變視角(p〇v))而在 解^度上漸進地增加。在其他實施例中’檢視器程式可使 用可用之任-個紋理,且使用者可能從不會看見一無紋理 模尘舉例而s,若用户端軟體請求結構及紋理資料二者 I34206.doc 13 200929066 且紋理流首先到達,則使用者將看不見無紋理模型。檢視 器程式典型地將從一初始(啟動)視角顯示場景(方塊61), 且使用者可使用任何適當之使用者輸入裝置(諸如所繪示 的鍵盤38、一滑鼠、操縱桿等等)來改變ρ〇ν(方塊62)。更 遠之物件僅使用較低解析度之影像(在JPEG 2〇〇〇檔案中被 . 稱為品質層)來呈現,在方塊63-64中,如下文進一步討論 . 的。隨著使用者移動靠近一結構(即,放大顯示P0V),結 構/幾何形狀資料因此被擷取並顯示(方塊65_67),其最初 〇 可能沒有紋理(或僅有一第一層紋理)。其後連續附加之紋 理層流入以增加場景或模型的外觀並從而被顯示,如下文 進一步討論的》此項技術可有利地槓桿作用於適度頻寬的 網路上’且事實上’非常有效地利用了網路資源。如下文 將進一步討論的,基於場景中一結構的一位置或相對距 離’及/或基於資料在場景中是否被顯現(即,可見),可有 利地選擇待串流之附加紋理資料。 圖3中繪示一使用jPIP實施之系統3〇,。在此實施例中, 地理空間紋理資料層36a'-36d·被以一 JPEG 2000格式而儲 存於飼服器39'上的一資料儲存裝置3Γ中,該JPEG 2000格 式係按允許藉由一 JPIP串流模組41'有效地串流之方式予以 配置。由於處理器35,上之呈現程式請求紋理,一 jpip模組 4〇·將該請求轉變為JPIP請求。回應係以連續附加之層36a,_ 被返回,且每一層被轉換為一紋理。 一 JPIP-感測模型檢視器可產生連續之紋理請求,每次 導致越來越清晰之紋理,如圖4中所見。JPEG 2000檔案可 134206.doc •14- 200929066
使用產生品質層的設定檔而編碼。在圖4中,層36a_36d之 每一者代表一不同之JPEG 2000品質層。每一品質層含有 每一像素之資訊的一部分,且每一連續層添加至先前層以 提供漸進地清晰之像素’直到最終層含有剩餘資訊以完成 全解析度影像’如顯示的。在圖5 A至圖5C中顯示另一實 例,其中三個連續附加層導致所繪示之建築物51,其從具 有一沒有窗戶或圖像明晰度很小之模糊表面(51c),直到具 有相對鮮明之窗戶輪廓及在建築物之一者的一側有錄之一 可見影像的良好定義之建築物5 la。 另外論及圖7,根據另一有利態樣,離使用者更遠之模 型/場景僅需要接收較低解析度之紋理,且有利地係使用 者不負擔下載不必要之紋理資料。即,處理器35,,可有利 地優先化顯示器34’’上之場景中不同3d地理空間結構之地 理空間紋理之連續附加解析層的擷取及顯示(方塊Μ·?】)。 舉例而言,處理器35"可基於顯示器上之場景中的3d地理 空間結構之相對距離而優先化,及/或基於顯示器上之場 景中的3D地理空間結構之不同相對面積而優先化。因此, 舉例而言,場景中較近之建築物/地貌將接收比場景中更 遠之建築物/地貌更多的連續附加之解析層。 此外,如熟習此項技術者將瞭解的,由於使用者選擇場 景中的一特定POV,該POV將決定顯示器上之場景中的3D 地理空間結構及/或地貌之顯現部分(例如,建築物之正 及掩蔽部分(例如,建築物之背面)。此外,基於顯示器 上之場景中的3D地理空間結構之顯現部分而不是掩蔽部 134206.doc 200929066 地器3 5可有利地選擇性地擷取地理空間紋理資 料因此’藉由不下載場景中從特定POV之任何角度看將 不被顯示於顯示器34"上的部分,節省了更多頻寬。 本發月亦可體現於—電腦可讀媒體,其具有用於引起一 電腦(諸如處理器35)執行上文闡述之步驟/操作的電腦可執 ' 行指令,如熟習此項技術者將瞭解的。 . 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一地理空間資料系統的一示意方塊 ❹ 圖。 圖2及3係圖1之地理空間資料系統用於一 JpEG 2〇〇〇實施 的更詳細示意方塊圖。 圖4係繪示圖1之系統的漸進式紋理資料呈現之一系列地 理空間紋理影像。 圖5A至圖5C亦係繪示圖1之系統的漸進式紋理資料呈現 之另一系列地理空間紋理影像。 圖6係繪示本發明之方法態樣的一系統流程圖。 @ 圖7係圖1之系統之一替代實施例的一示意方塊圖。 【主要元件符號說明】 30 地理空間資料系統 30' 系統 31 地理空間資料儲存裝置 31" 地理空間資料庫 32 地理空間資料存取裝置 33 廣域網路 134206.doc •16- 200929066 33' 網際網路 33" 通信通道 34 顯示器 34" 顯示器 35 處理器 35' 處理器 35,’ 處理器 36a-36d 連續附加之解析層 36a'-36d' 地理空間紋理資料層/連續附加層 38 鍵盤 39 網際網路模型庫伺服器 39' 模型庫 40' JPIP模組 51a 建築物 51c 建築物 134206.doc -17-

Claims (1)

  1. 200929066 十、申請專利範圍·· l 一種地理空間資料系統,其包含: 理Γ少—個地理空間資料儲存裝置,其含有三維㈣地 ι、·。構資料’且亦含有與該地理空間3D結構資料關 料可以連續附加之解析層而擷取的地理空間紋理資 一=少—個地理空間資料存取裝置,其包含-顯示器及 、之合作的處理器以用於與該至少一個地理空間ί料 存裝置通信’以基於該3D結構資料及與之關聯的該地 理:間紋理資料而擷取並顯示一場景於該顯示器上,該地 理空間紋理資料係以連續附加之解析層被操取及顯示。 2. 如請求们之地理空間資料系統,其中該處理器優先化 該顯示器上之該場景中不同3D地理空間結構之關聯地理 工間紋理資料之連續附加解析層的擷取及顯示。 3. 如請求項2之地理空間資料系統,其中該處理器基於該 顯不器上之該場景中的該等3D地理空間結構之相對距離 而進行優先化。 月求項2之地理空間資料系統,其中該處理器基於該 顯示器上之該場景中的該等3D地理空間結構之不同相對 面積而進行優先化。 5.如請求t之地㈣間資㈣統,其中該至少—個地理 空間資料存取裝置進-步包含至少一個使用者輸入裝 置’該至少-個使用者輸入裝置與該處理器合作用以允 許使用者在該顯示器之該場景中選擇一視角(p〇v)。 134206.doc 200929066 6· —種地理空間資料存取方法,其包含: 將—維(3D)地理空間結構資料及與該地理空間3d結構 :料關聯之地理空間紋理資料儲存在至少一個地理空間 貝料儲存裝置中’該地理空間紋理資料可以連續附加之 解析層而擷取;及 - 基於該3D結構資料及與之關聯的該地理空間紋理資料 ' 而擷取並顯示-場景於-顯示器上,該地理空間紋理資 料係以連續附加之解析層被擷取及顯示。 ❹7.如凊求項6之方法,其中該處理器優先化該顯示器上之 該場景中不同3D地理空間結構之關聯地理空間紋理之連 續附加解析層的擷取及顯示。 8·如請求項6之地理空間資料存取裝置其中該至少一個 地理工間資料存取裝置進—步包含至少—個使用者輸入 裝置,該至少一個使用者輸入裝置與該處理器合作用以 允許使用者在該顯示器上之該場景中選擇一視角 (POV) 〇 ❹ 9·如請求項6之地理空間資料存取裝置其進一步包含— 耦合該至少一個地理空間資料儲存裝置及該地理空間資 -料存取裝置的通信通道;且其中該通信通道具有一容 量其不足以在一預定時間内承載該顯示器上之該場景中 的該等3D地理空間結構之所有關聯之地理空間紋理資料。 10.如請求項6之地理空間資料存取裝置,其中該至少—個 地理空間資料儲存裝置及該處理器係使用—_流小波為 基礎之成像壓縮協定而通信。 134206.doc
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