WO2010097071A1 - Verfahren, system und computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen darstellung von gebäuden auf einer grafischen anzeigeeinrichtung einer navigationsvorrichtung - Google Patents

Verfahren, system und computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen darstellung von gebäuden auf einer grafischen anzeigeeinrichtung einer navigationsvorrichtung Download PDF

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WO2010097071A1
WO2010097071A1 PCT/DE2010/000183 DE2010000183W WO2010097071A1 WO 2010097071 A1 WO2010097071 A1 WO 2010097071A1 DE 2010000183 W DE2010000183 W DE 2010000183W WO 2010097071 A1 WO2010097071 A1 WO 2010097071A1
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building
buildings
model
building model
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PCT/DE2010/000183
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Timo Götzelmann
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Navigon Ag
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G01C21/36—Input/output arrangements for on-board computers
    • G01C21/3626—Details of the output of route guidance instructions
    • G01C21/3635—Guidance using 3D or perspective road maps
    • G01C21/3638—Guidance using 3D or perspective road maps including 3D objects and buildings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/05—Geographic models

Definitions

  • the invention is based on a method, a system and a computer program product for the three-dimensional representation of buildings on a graphical display device of a navigation device.
  • a simplified building model is generated from a detailed three-dimensional original building model and a detailed three-dimensional original terrain model, and this is displayed in a second group of method steps on a display device of a navigation device.
  • the invention is based on the problem that original building models are usually too detailed to be displayed in navigation devices and other low-performance computing systems can. For this reason, building models have to be simplified in order to ensure a sufficient display speed, in particular for an online simulation of a passage through a city center. model to reach.
  • the known simplification methods summarize, inter alia, adjacent and closely spaced buildings together, this process is referred to as aggregation.
  • the simple summary of buildings works well on flat terrain, but does not take into account the problem of combining buildings on the undulating and mountainous terrain of a profiled terrain model. Especially on steep slopes cause the known aggregation techniques large display errors, so that a user receives an unrealistic impression of a building representation.
  • the aim of the invention is therefore to summarize building on steep terrain transitions, such as hills or mountains of a wavy terrain model, such that no unrealistic impression for a user arises and the buildings as realistic as possible and can be summarized avoiding large display errors to them in small computing devices , such as a navigation device.
  • the invention aims at aggregating building of origin to aggregated building data into account of a terrain model, using error criteria to minimize aggregation and display errors and to control the complexity of the simplified building model.
  • the method relates to the three-dimensional representation of buildings on a graphic display device of a navigation device.
  • the method comprises the following steps:
  • S l providing a detailed three-dimensional origin building model, in particular a city model, and a detailed three-dimensional origin terrain model from an original model database of a building model generation apparatus, the original building model comprising a set of individual origin buildings;
  • S4 storage of the simplified building model of the building model generating device in a storage device of the navigation device;
  • S5 Representation of the simplified building model on a display device of the navigation device.
  • the method uses a building model generation apparatus in which a detailed original three-dimensional building model and a detailed original three-dimensional terrain model are stored.
  • the original building model describes the arrangement of buildings on a terrain, where the original terrain model reflects the elevation profile of the terrain.
  • aggregation clusters ie of building candidates that are in close spatial proximity to each other and in which a summary of an aggregated building makes sense.
  • the buildings of the aggregation cluster in particular each two original buildings, are combined to form an aggregated building, and the resulting building error of the aggregation is assigned to the respective building defect variables of the original buildings.
  • the building error threshold d max can be selected individually for each individual building or for a group of buildings, for example buildings higher than a certain height, larger than a certain area or volume, etc., or a global building fault threshold can be applied to all buildings , If a building defect variable d of an original building within an aggregated building exceeds the building defect threshold d max valid for it, then this aggregated building is no longer aggregated so that repeated aggregation only takes place until a predeterminable building defect is exceeded. As an alternative to aborting aggregation, this aggregation can also be reversed be made or not stored.
  • the resulting simplified building model is stored in a memory device of a navigation device and can be provided for visualization of the three-dimensional simplified building model, for example as part of a navigation guidance.
  • the building defect variables d of the original building per aggregated building can be converted into a new building defect variable d "of the aggregated building, for example summed up, or a maximum value, average value or Similarity of the original building error variable d can be used, whereby in a second aggregation step the new building defect variables d 'are considered, etc.
  • Such an approach is particularly suitable in the context of an iterative aggregation.
  • the aggregation of buildings makes sense in many applications in which space and processing speed of the data is limited, for example, in complex building representations on desktop computers or on mobile devices, such as navigation devices or notebooks or netbooks.
  • Conventional aggregation techniques lead to massively erroneous representations when aggregated buildings are displayed on uneven terrain.
  • the conditional aggregation proposed above taking into account a building defect, avoids such errors and achieves a realistic representation of aggregated buildings.
  • d max which is globally definable for individual groups of buildings or for each individual building of origin, a compromise can be made between the degree of simplification and the distorting error.
  • the conditional aggregation of the original buildings into aggregated buildings can be considered taking into account a maximum building error threshold d max , with each additional one Aggregation level a building fault variable d sums up the additional error from one to the next aggregation level until the building error threshold d max associated with this variable d is reached.
  • d max maximum building error threshold
  • any aggregation methods can be used, and aggregation clusters can be determined by known methods from the prior art.
  • the aggregation of buildings can be either sequential or recursive, in particular iterative. The order of the aggregation can influence the result, in particular the order of the combination of original buildings to aggregated buildings or of aggregated buildings
  • a compromise between display quality and simplification rate is sought.
  • this can be achieved by varying the size of the building error threshold value dm & x , which can be handled inhomogeneously differently over individual original buildings or types of original buildings, so that, for example, small buildings or buildings of low construction height have a lower building error threshold ⁇ i max than Large buildings with high heights are subject.
  • the aforementioned steps S 1 to S 3 can be carried out for generating a simplified building model in an external building model generating apparatus outside the navigation apparatus, and the step S 4 of storing the simplified building model in a building model memory of the storage apparatus of a navigation apparatus can be wireless or be carried out by wire.
  • this embodiment proposes that the simplification steps from an original building and terrain model to a simplified building model be performed in an external building model generating device, for example a central server of a navigation device manufacturer or a navigation service provider, or on a user's stationary computer, and the simplified one Building model, for example, wirelessly via a wireless connection, such as Bluetooth connection, Wi-Fi connection, WiMax connection, or a mobile communication connection, such as UMTS, GSM, GPRS, HSDPA, etc., in a building model memory of the storage device of
  • a wireless connection such as Bluetooth connection, Wi-Fi connection, WiMax connection, or a mobile communication connection, such as UMTS, GSM, GPRS, HSDPA, etc.
  • Navigation device can be downloaded. Also conceivable is a wired transmission of the building model via USB interface, LAN connection or other wired data connection.
  • Steps S 1 to S 3 can be carried out by an internal or external building model generation device simultaneously with the navigation guidance of the navigation device for a view area of the simplified building model which depends on a vehicle position and vehicle orientation, wherein in the case of an external building model generation device a wireless communication connection, in particular a GSM , GPRS, UMTS, HSDPA, WLAN, WiMax or Bluetooth communication link, between navigation device and external building model generating device for transmitting at least part of the simplified building model can be used.
  • a wireless communication connection in particular a GSM , GPRS, UMTS, HSDPA, WLAN, WiMax or Bluetooth communication link
  • this embodiment proposes to simplify only a fraction of a detailed original building model, namely the part that depends on the vehicle position and vehicle orientation is currently to be considered.
  • the building model generating device may be included in the navigation device itself, wherein the navigation device must have a sufficiently high computing power and storage capacity.
  • the data of a reduced sub-building model can be obtained via a wireless communication link from a central building model generation server, wherein building data must be updated depending on the change in vehicle position and vehicle orientation. It is quite conceivable that the building model generating device maintains a completely or largely simplified building model, but only transmits to the navigation device only partial areas and possibly adjacent subareas which have to be visualized for the current view display.
  • the building error attributed to the building defect variable of an original building may be expressed as an absolute or relative building error value with respect to a metric difference, in particular height difference, surface difference, volume difference, hidden volume difference, visible volume difference or the like, between original buildings or Buildings before aggregations and buildings are calculated according to aggregations.
  • the building error can be calculated as a weighted factor from at least two different metric differences. For example, the building error as a difference difference between the height of an original building and the height of the aggregated building
  • This height difference which can be determined in particular as the difference between the outside wall height of an original building and the outside wall height of the aggregated building, results in a simple one-dimensional measure of a building defect that can be added to the building defect variable d of the original building.
  • a volume error which can be calculated by changing the volume of the two original buildings or the two previously aggregated buildings in relation to the aggregated building now
  • this volume error can be represented as a relative measure and, after aggregation of the respective model polygons, ie the subpolygons that model the original building model, can be stored in the building error variable d.
  • the volume error results from the difference between the two volumes V1, V2 of the original buildings (original buildings or previously aggregated buildings) with the combined building V resulting after the aggregation step A -
  • This error can be related relative to the total volume of the two preexisting buildings V1 + V2 to obtain a relative measure of error.
  • the change in the hidden volume can be taken into account as a measure of error.
  • the hidden volume of a building is that part that is below the terrain surface and remains invisible.
  • the error measure can be either the absolute hidden volume of the potential aggregation or a relative measure of error by the difference between the hidden volumes of the buildings to be aggregated and the buildings resulting from the aggregation, based on the initial volumes.
  • the hidden volume Vv results as a volume integral over all triangular areas of the respective building polynomials and can be calculated by the formula
  • the difference F VVD is calculated, ie the difference of the hidden volume of the aggregated building from the sum of the hidden volumes of the original jump building or previously aggregated buildings, and this is entered as error measure in the building error variable.
  • the change of the visible volume from the initial building to the aggregated building can also be considered, following a similar regulation as mentioned above.
  • a total change in the total volume of aggregated building to initial building can be considered.
  • the building error can be calculated weighted from two or more metric differences and thus take into account different sources of error.
  • Another naive approach may be to continue aggregation until a building roof of an original building disappears into the surface of the terrain model. Aggregations are allowed as long as the results do not cover any building roofs from the elevation profile of the terrain.
  • This error measure takes into account both terrain and building heights and is an absolute measure, so cumulative errors need not be stored, and the building error variable can characterize the height of the original building versus terrain. This error measure indicates when a point on the building roof p d lies below a terrain height t. In this case, the aggregation is discarded, otherwise the aggregation is allowed, resulting in the following aggregation rule:
  • the building defect threshold d max of an original building can be determined such that it corresponds to less than 50%, in particular less than 30%, of a deviation of an aggregated building from the original building, and / or a plurality of building defect thresholds d max
  • a building error threshold d max can be determined for each aggregation cluster.
  • a plurality of building error thresholds d max in particular a building error threshold per aggregation cluster or a building error threshold for each building type, in particular any volume-specific and / or height-specific type, it can be ensured that certain buildings of a city model are displayed more realistically than others, in particular dominant, known or representative buildings can be simplified only slightly and homogeneous building distributions can be represented greatly simplified. Furthermore, it can be controlled that inconspicuous buildings may have a larger building defect than specially designed eye-catching buildings.
  • the building error threshold G? ma ⁇ of an aggregation cluster increases with increasing distance from a vehicle position. This can be achieved by storing simplified building models of varying complexity, and depending on the position or distance from the position with increasing distance buildings from simplified building models are used for visualization. Thus, buildings in the foreground are shown in more detail than buildings in the background, on the one hand, a realistic representation is possible, for other the navigation device is relieved in the visualization.
  • a complexity K when generating a simplified building model, a complexity K can be assigned to this building model, and if a predeterminable complexity threshold K max is exceeded at least one building error threshold d max is increased and a simplified building model is generated again.
  • the complexity value K may, for example, describe the number of polygons of a building model or the memory size of the model or the number of buildings included in the simplified building model.
  • a simplified building model is generated by an iterative or a sequential method, then the complexity value K of this model is compared with a predeterminable complexity threshold K max , which can be based on the computing power or presentation speed of a navigation device, wherein the complexity value K max is exceeded simplified building model can be discarded and a new simplified building model can be calculated with less complexity.
  • a predeterminable complexity threshold K max which can be based on the computing power or presentation speed of a navigation device, wherein the complexity value K max is exceeded simplified building model can be discarded and a new simplified building model can be calculated with less complexity.
  • At least individual original buildings of the original building model can be constructed by an upsampling process smaller origin buildings to refine the original building model.
  • An upsampling process ie, a subdivision of an original building into two or more sub-buildings, initially increases the complexity of the original building model and allows in the subsequent process a generation of a simplified building model with a more flexible division of individual buildings, in particular large original buildings more flexibly divided into small buildings and thereby can be better adapted to the terrain.
  • An upsampling process can be used to produce improved end results of the simplified building model by increasing the granularity and thus the degree of freedom in creating the simplified building model.
  • the geometry description of the buildings can be enriched by additional connection points (upsampling), which are determined either randomly or oriented to the height values of the building, or the buildings can be divided by geometric operation into several coherent individual parts.
  • these buildings are aggregated as described above. This ensures a good adaptation to the terrain model even in very large buildings, such as factory buildings.
  • the original wall heights of external origin buildings of an aggregated building can be displayed substantially unchanged, and building roofs can be displayed inclined to the different outer wall heights of the aggregated building.
  • the building roofs are displayed inclined obliquely. Not all walls of a building are displayed on the same level, but individual walls of the building are projected perpendicular to the terrain while maintaining their original heights.
  • This variant concerns a visualization technique and makes it possible to maintain original building heights and adapt the building form to the course of the terrain.
  • a simplification method can be used for the determination of aggregation clusters, in particular a sorting, sorting and selection of buildings, or a cluster method can be used, in particular a hierarchical or a partitioning cluster method.
  • Aggregation clusters serve to define spatially adjacent or closely adjacent buildings as aggregation candidates, which can be summarized. Aggregation can be either sequential or recursive.
  • the scope of the simplification procedure can be limited, for example by sorting, sorting or selecting the amount of buildings.
  • hierarchical methods can be used to separate collections of buildings and to limit the amount of common buildings to be considered.
  • Aggregation clusters as hierarchical clusters, can find, for example by means of a distance function, spatially adjacent buildings which are candidates for aggregation.
  • the considered distance of buildings can be defined in various ways, such as the minimum distance, average distance, or mean distance around a cluster center.
  • a partitioning cluster method for example, a k-means algorithm can be used which randomly selects k cluster centers and assigns to each building the cluster center closest to it, this should be repeated several times, in order to obtain an optimal cluster model produce.
  • cluster methods such as, for example, EM algorithm, spectral clustering, multiview clustering, seif organizing maps, fuzzy clustering or graphetheoretical approaches, can be used, with a person skilled in the art being able to select suitable from these methods.
  • EM algorithm spectral clustering
  • multiview clustering multiview clustering
  • seif organizing maps fuzzy clustering or graphetheoretical approaches
  • graphetheoretical approaches can be used, with a person skilled in the art being able to select suitable from these methods.
  • the choice of an optimizing aggregation cluster method can bring about a significant acceleration of the overall method.
  • the invention proposes a system for carrying out a display method according to one of the preceding claims.
  • the system comprises at least one navigation device in a vehicle, which is set up to display a three-dimensional building model and which comprises at least one storage device for storing a simplified building model.
  • the system comprises a building model generating device comprising at least one original model database for storing an origin terrain model and an original building model, wherein the building model generation apparatus is configured to perform a method according to steps S 1 to S 3 and the navigation apparatus is arranged to perform a method according to Perform steps S4 and S 5 of the method according to the invention.
  • the inventive system includes a building model generation apparatus that is configured to generate a simplified building model from a detailed building model and a detailed terrain model.
  • the system includes a
  • Navigation device in which the simplified building model can be stored in a memory device and which is designed to display on a two-dimensional display device, a 3D or 2 1 AO view of the simplified building model.
  • the building model generating device and the navigation device are integrally incorporated in a single housing, but it is also obvious that the building model generating device as central server remote from the navigation device, and the data of the simplified building model either wired, for example, in an update of navigation data, such as the satellite position data or map information, transmitted or online via a "live" wireless connection, for example by using a mobile radio Technology or wireless internet technology.
  • the external building model generating device is arranged outside the navigation device, and the data of the simplified building model via a wired communication connection, in particular a USB connection, LAN connection or the like, or wirelessly via a radio communication connection in particular GSM, GPS, UMTS, HSDPA, WLAN, WiMax, Bluetooth or the like, from the building model generation apparatus to
  • the navigation device with little hardware effort, i.
  • the memory-intensive generation of the simplified building model is done centrally, for example on a server of a navigation map manufacturer, a navigation device manufacturer or a navigation service provider, and can by way of example of a "MyRoute" technology, which is used for the detection and distribution of Driving habits of a variety of navigation device users is downloaded from the server to the navigation device.
  • MyRoute a "MyRoute" technology
  • a building model generating device may be comprised by the navigation device and in particular may be configured to simultaneously read data of at least a part of a source building model to generate a display of a building model.
  • the ensemble of building model generation apparatus and navigation device would maintain in an internal memory a detailed source building and terrain model, and depending on a user view, create and display only a portion of the original building model as a simplified building model.
  • a computer program product for the three-dimensional representation of buildings on a graphical display device of a navigation device is proposed, wherein the computer program product computer program instructions on a computer-readable program storage medium, in particular a hard disk, CD-ROM, floppy disk, a flash memory or the like , and the computer program instructions cause at least one computer to execute a method according to one of the aforementioned method claims when the instructions are read and executed by a computer.
  • the invention relates to a computer program product as a stored sequence of process instructions on a computer readable medium, such as a hard disk, CD-ROM, floppy disk, flash USB read-only memory, or as downloadable software data product from a computer network, especially the Internet, and the computer program instructions set one Computer to perform a method for generating a simplified building model of a detailed building and terrain model, on the other hand, a navigation device for displaying the simplified
  • the computer program product is designed as a two-part computer program product whose The first part relates to and runs through a building model generation within a building model generation apparatus, and the second part relates to the filing or download of the simplified building model data and the representation of the building model data as a function of vehicle position and direction and runs in a navigation device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a source building model projected onto a source terrain model
  • Fig. 2 is a schematic representation of a simplified building model according to the prior art
  • Fig. 3 is a schematic representation of another simplified building model according to the prior art
  • FIG. 4 is a schematic representation of a problem of the combination of buildings on a hilly terrain model
  • FIG. 5 is a schematic representation of a determination of a building defect in the summary of original buildings
  • Fig. 6 is a schematic representation of an aggregation method according to the prior art and the method according to the invention.
  • FIG. 7 is a schematic illustration of using a volume-based building defect to aggregate buildings;
  • FIG. 8 shows a simplified building model according to a first exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 9 shows a simplified building model according to a further exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 10 shows schematically the generation of a simplified building model according to the prior art
  • Fig. 1 1 shows schematically the generation of a simplified building model according to an embodiment of the invention
  • Fig. 12 shows schematically an embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 13 is a flowchart of an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 schematically illustrates an initial situation of a detailed original building model 62 which is projected onto an original terrain model 60.
  • the building model 62 comprises a multiplicity of original buildings 64. It is already evident in this illustration that in each case a group of original buildings 64 can be combined to form individual aggregation clusters, in particular the buildings 64 which adjoin one another directly can be combined to form an aggregation cluster which is limited by the distance to adjacent buildings 64.
  • FIG. 2 schematically illustrates a simplified building model 76 as produced by a prior art method. For this purpose, starting from an original building model 62 of FIG. 1, the immediately adjacent original buildings 64 are combined to form an aggregated building 68 and displayed at the level of the respective mean original building 64. This results in massive visualization errors.
  • individual buildings 68 appear to be in the air, or are submerged to a large extent in the terrain surface.
  • the aggregated buildings 68 each consist of five to six original jump buildings 64.
  • buildings 64 are grouped together at critical locations. For flat terrain, this poses no problem, but with the simultaneous visualization of a hilly terrain model 60 representation problems can arise, since individual aggregated buildings 68 can protrude into or out of the terrain.
  • FIG. 3 shows an extension of the simplified building model 76 shown in the prior art of FIG. 2.
  • the building sides are extended to the floor of the area 60.
  • this procedure results in very unrealistic building heights, so that individual aggregated buildings 68 appear extremely high.
  • FIGS. 1 to 3 describe the initial situation and the display error which may occur in the case of simplified 3D building and urban models which are known from the prior art and which do not take account of critical points in the terrain model.
  • FIG. 4 illustrates the possibility of aggregating two original buildings 64 on a terrain model 60.
  • the two original buildings 64 can be aggregated to form a combined building 68 while avoiding a building defect.
  • the two source buildings 64 to form an aggregated building 68 would result in a rendering error where the bottom building would be pulled up, thus causing a height error in the form of an excessive height 70 (metric error) that would have to be attributed to the building defect variable d would.
  • a maximum building fault threshold d max is defined to control the maximum error deviation from the original building model. For small differences in height, it can be acceptable that the sides of the building are extended to the floor. However, in the case of large differences in height between aggregated buildings, an unrealistic impression is achieved because the buildings would grow around the metric error 70 during the aggregation.
  • the metric error is based on a height difference, but it can also be a surface difference, a difference in volume, or the like.
  • FIG. Fig. 5a again shows the starting point, as it results in Fig. 4 on the right side.
  • Three original buildings 64 are to be combined on a rising terrain piece 60.
  • the combination of the lower two original buildings 64 results in a metric error 70 by increasing the lowest building 64 to the height of the middle building 64.
  • the method according to the invention tests whether the height difference d s ⁇ of the building defect exceeds a building defect threshold d max . If this is not the case, the method can iteratively or sequentially envisage the aggregation of the resulting larger building 68 with the original building 64, which is higher up.
  • there is a metric error 70 that, if added to the previous error d 72 results in an increased error d 72. If this total error d 72 is still below the assigned building error threshold d max , this aggregation can also be carried out.
  • the procedure can be repeated for all buildings.
  • FIG. 8 shows the result of an aggregation carried out according to FIG. 5b, whereby, starting from the original building model 62 according to FIG. 1, a simplified model 76 with aggregated buildings 68 according to FIG. 8 was produced.
  • the simplified building model of Figure 8 has a significantly lower complexity K, i. However, a significantly smaller number of individual buildings than the detailed model 62 of FIG. 1, but has little visualization errors and thus can be classified by a viewer as realistic.
  • a further aggregation method according to the prior art is shown.
  • six original buildings 64 each having a height metric difference (metric error) d 70, are summarized.
  • a large building body is shown as an aggregated building 68.
  • the aggregated building 68 has a considerable metric error 70.
  • FIG. 6 b shows an aggregation of the same aggregation cluster in the application of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • the first three underlying buildings 64 are summarized below, resulting in a metric error d 70 of 0.2. 0.2 is below the critical building fault threshold d max of 0.25.
  • d max the critical building fault threshold
  • G? max the critical building fault threshold
  • a further summary is aborted, as this leads to an exceedance of the building error threshold G? max would result.
  • the presented geometry takes into account the difference in the altitude of the buildings.
  • FIG. 7 schematically shows the summary of three buildings at a height increase of a terrain 60.
  • the total volume V A of the aggregated building 68 is greater than the sum of the two individual volumes V 1, V 2 of the original buildings 64.
  • the deviation of the volume can be used as a metric for determining a further aggregation ,
  • a building error threshold J max is defined which can prevent an undue increase in the volume of an aggregated building 68 from the sum of the original buildings 64 in order to limit both an excessive increase in height and in width and depth.
  • FIG. 9 shows a visualization enhancement of the simplified building model illustrated in FIG. 8 in which crooked roofs are used to nest buildings 68 along the course of the terrain model.
  • the outer walls of the original buildings 64 of an aggregated building 68 are maintained, and a crooked roof connects the outer walls, so that the total height of the aggregated Building 68 runs parallel to the terrain and thus nestles harmoniously in the course of the terrain 60.
  • This is merely a visualization technique and can be followed by the process as a post-processing step, but must already be taken into account in the determination of the outer wall heights of the aggregated building 68 during the simplification of the building model 62.
  • FIG. 10 schematically shows the procedure of a simplification method known from the prior art for reducing the complexity of a building model 62.
  • the starting point is a detailed building model 62, as can be obtained, for example, by photogrammetry or satellite radar recordings.
  • This detailed building model 62 is simplified by a building model generation apparatus 40, resulting in the simplified building model 16. For this purpose, no terrain data are taken into account, whereby buildings 64 are aggregated on different terrain heights.
  • FIG. 11 schematically shows an exemplary embodiment of a method according to the invention in which a detailed original building model 62 and a detailed original terrain model 60 are combined with each other by means of a building model generating device 40 so that a simplified building model 76 can be generated taking into account building defects.
  • Fig. 12 schematically shows a system comprising a navigation device 10 and a building model generating device 40 according to an embodiment of the invention.
  • the building model generation apparatus 40 includes a building model aggregator 50 configured to generate a simplified building model 76 from a detailed terrain model 60 and a detailed building model 62.
  • the data of the terrain 60 and building model 62 are taken from a source model database 42 that includes a source terrain model memory 44 and an original building model memory 46. After simplification of the original building Model 62 in a simplified building model 76, this can be transmitted via a communication device 48 to a navigation device 10.
  • the communication link 32 may be a wired connection, such as a network cable connection to a LAN, a serial port via USB, or the like, to establish a connection between the building model generation apparatus 40 and the navigation apparatus 10.
  • the communication connection 32 represents a wireless, in particular radio-based, communication connection, wherein in particular wireless radio network technologies, such as mobile (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA), or wireless Internet or computer connections, such as WLAN, WiMax, Bluetooth, etc ., are used to transmit a simplified building model 16 from the building model generation apparatus 40 to the navigation apparatus 10.
  • wireless radio network technologies such as mobile (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA), or wireless Internet or computer connections, such as WLAN, WiMax, Bluetooth, etc .
  • the navigation device 10 also includes a complementary communication device 30, which receives data of the simplified building model 76 and can store it in a building model memory 16 of a memory device 12.
  • the memory device 12 further comprises a map memory 14 which stores routes of a traffic network by means of which a route calculation device 26 can compile a route for navigation from a start position to a destination position.
  • the navigation device 10 comprises a position determination device 24, for example a GPS module or the like, for determining a current position within the terrain model 60.
  • the navigation device 10 comprises an input device 18, which for example includes a touch screen means 20 for touching input of data and a TMC traffic information receiving means 22 for receiving traffic information.
  • the route calculation device 26 which basically comprises a computing unit, is connected to a display device 28, which allows a 2 1 AO or 3D representation of a building model and navigation instructions visually and can spend acoustically. If a vehicle is now guided along a route, instead of a two-dimensional map display, a 2 1 /2-D view is displayed on the display device 28 taking into account the simplified building model 76. For this purpose, in addition to the data of the simplified building model 76, further traffic-relevant data, such as, for example, interesting places, petrol stations, restaurants etc. and road guidance markings, can be displayed in the display device 28.
  • traffic-relevant data such as, for example, interesting places, petrol stations, restaurants etc. and road guidance markings, can be displayed in the display device 28.
  • FIG. 13 shows a program flowchart of an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • a step S 1 a detailed source terrain model and source building models 60, 62 are loaded from an original model database 42 of a building model generator 40.
  • Each original building 64 of the original building model 62 is assigned a building defect variable d 72 with the value 0 in step S2.
  • aggregation clusters ie spatially adjacent source buildings 64, are identified which may possibly be grouped together as aggregation candidates, wherein the summary must take into account road courses in order not to aggregate buildings across streets.
  • these buildings are summarized, and in S3-3 a building fault is determined, which is added to the building error variable d of each building of origin 64.
  • the complexity K of the simplified building model 76 is determined, for example by determining the number of aggregated buildings 68, determining the memory size of the building model or the number of building polygons, and compared with a complexity threshold K max in S3-6. If the complexity K of the simplified building model 76 falls below the complexity threshold value X m a x , then the simplified building model 76 is suitable for use within a navigation device 10. If, however, the complexity K of the simplified building model 76 exceeds the complexity threshold K max , then all the building error thresholds d max 74, the individual aggregation cluster, the individual origin building 64 or the global building model threshold value are increased, the simplified building model 76 is rejected and inserted created new even simpler building model 76. Finally, the simplified building model 76 is stored in a memory device 12 of a navigation device 10 in step S4 and displayed to a user on a display device 28 during route guidance along a pre-planned route.
  • FIGS. 14, 15, 16 and 17 each show, in subfigures a, the display of a display device 68 of a navigation device 10, in which a simplified building model 76 has been produced by means of a simplification method known from the prior art.
  • the subfigures b present the simplified building model 76 according to an embodiment of the method according to the invention.
  • road information and any three-dimensional terrain and city models have been used, but the navigation device 10 can not display the original buildings and terrain data due to the limited storage and computational capacity.
  • the 3D terrain and building model can be simplified regardless of road information.
  • FIG. 14a shows a realistic visualization of the buildings 68 on the three-dimensional terrain model 60. At locations of large height difference, the buildings 64 are not combined to form a large building block 68.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen Darstellung von Gebäuden in einer Navigationsvorrichtung (10). Hierzu umfasst das Verfahren die Schritte: S1 : Bereitstellung eines Ursprungsgebäudemodells (62) und eines Ursprungsgeländemodells (60) aus einer Ursprungsmodelldatenbank (42); S2: Zuweisung zumindest einer Gebäudefehlervariable d (72) des Wertes d=0 zu zumindest einem, insbesondere allen, Ursprungsgebäuden (64); S3 : Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells (76) durch Bestimmung von Aggregationsclustern (66) von unmittelbar in räumlicher Nähe liegenden Gebäuden (64, 68) und Aggregation von zumindest zwei Gebäuden (64, 68) eines Aggregationsclusters (66) zur Bildung eines aggregierten Gebäudes (68), wobei ein Gebäudefehler (70) ermittelt und die Gebäudefehlervariablen d (72) aktualisiert werden, so lange bis zumindest eine Gebäudefehlervariable d (72) des Gebäudes (68) zumindest einen vorbestimmbaren Gebäudefehlerschwellwert d max (74) überschreitet; S4: Ablage des vereinfachten Gebäudemodells (76) in einer Speichereinrichtung (12) der Navigationsvorrichtung (10); S5 : Darstellung des vereinfachten Gebäudemodells (76) auf einer Anzeigeeinrichtung (28) einer Navigationsvorrichtung (10).

Description

Verfahren, System und Computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen
Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeeinrichtung einer Navigationsvorrichtung
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren, einem System und einem Computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeneinrichtung einer Navigationsvorrichtung. Hierzu wird in einer ersten Gruppe von Verfahrensschritten aus einem detaillierten dreidimensionalen Ursprungsgebäudemodell und einem detaillierten dreidimensionalen Ursprungsgeländemodell ein vereinfachtes Gebäudemodell erzeugt und dieses in einer zweiten Gruppe von Verfahrensschritten auf einer Anzeigeeinrichtung einer Navigationsvorrichtung dargestellt.
In vielen Gebieten der Technik werden dreidimensionale Gebäudemodelle, insbesondere Städtemodelle, visualisiert, wobei insbesondere im Bereich der mobilen Navigation eine dreidimensionale Visualisierung einem Fahrzeugführer eine verbesserte Orientierungsmöglichkeit innerhalb einer Stadt ermöglicht, da diese Darstellungsart seinem räumlichen Seheindruck entspricht und somit kaum mentale Abstraktion beim Vergleich der Ansicht auf einen Gebäudezug und der Darstellung auf der Navigationsvorrichtung geleistet werden muss. Neben der Darstellung eines Straßennetzes können weitere Daten, wie Gebäudestrukturen, Höhen- und Tiefenprofile eines Geländes, Symbole zur Identifizierung von POIs (Points of Interest, wie Tankstellen, Geldautomaten, Einkaufsmöglichkeiten etc.), visualisiert werden, wobei die Höhenmodelle in einer virtuellen dreidimensionalen Sichtweise dargestellt werden.
Des Weiteren visualisieren moderne Anwendungen, beispielsweise „Google Earth" oder „Microsoft Virtual Earth", eine Vielzahl von 3D Städtemodellen. Die zugrunde liegenden Modelle können von digitalen Kartenlieferanten in beliebig detaillierter Form bereitgestellt werden. Verschiedene Anwendungen, insbesondere Navigationsanwendungen, nutzen zur Verarbeitung und Darstellung solcher Modelle kompakte Geräte, wie Navigationsgeräte, PDAs, Mobiltelefone oder Ähnliches, die nur über eine eingeschränkte Speicher- und Rechenkapazität verfügen und meist nicht in der Lage sind, detailreiche Städtemodelle zu verarbei- ten und darzustellen. Aus diesem Grund wird die Komplexität detaillierter dreidimensionaler Ursprungsgebäudemodelle reduziert, wobei beispielsweise benachbarte Häuser oder Reihenhäuser in einen gemeinsamen Gebäudekomplex zusammengefasst werden (Aggregation).
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Aggregation von Gebäuden funktionieren in einem flachen Gelände sehr gut, stoßen jedoch bei unebenen, hügeligen oder bergigen Geländeformen auf zunehmende Schwierigkeiten, da die resultierenden vereinfachten Gebäudemodelle unrealistisch aussehende aggregierte Gebäude aufweisen, deren Gebäudehöhen oder Grundrisse von den Originalmaßen stark abweichen oder Teile von Gebäuden in die Luft zu ragen scheinen.
Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, dass Ursprungsgebäudemodelle in der Regel zu detailreich sind, um in Navigationsvorrichtungen und anderen leistungsschwachen Rechensystemen dargestellt werden zu können. Aus diesem Grund müssen Gebäudemodelle verein- facht werden, um eine ausreichende Darstellungsgeschwindigkeit, insbesondere für eine Online-Simulation eines Durchgangs durch ein Städte- modell, erreichen zu können. Die hierzu bekannten Vereinfachungsverfahren fassen u. a. aneinandergrenzende und nahe beieinander stehende Gebäude zusammen, wobei dieser Vorgang als Aggregation bezeichnet wird. Die einfache Zusammenfassung von Gebäuden funktioniert auf flachen Geländeformen sehr gut, berücksichtigt j edoch nicht das Problem des Zusammenfassens von Gebäuden am welligen und bergigen Terrain eines profilierten Geländemodells. Gerade an steilen Hängen verursachen die bekannten Aggregationstechniken große Darstellungsfehler, so dass ein Benutzer einen unrealistischen Eindruck einer Gebäudedarstellung erhält.
Ziel der Erfindung ist es daher, Gebäude an steilen Terrainübergängen, wie Hügel oder Bergen eines welligen Geländemodells, derart zusammenzufassen, dass kein unrealistischer Eindruck für einen Benutzer entsteht und die Gebäude möglichst realistisch und unter Vermeidung großer Darstellungsfehler zusammengefasst werden können, um sie in kleinen Rechnervorrichtungen, wie beispielsweise einer Navigationsvorrichtung, darzustellen. In diesem Zusammenhang zielt die Erfindung darauf, dass die Aggregation von Ursprungsgebäuden zu zusammenge- fassten Gebäudedaten ein Geländemodell berücksichtigt, wobei Fehler- kriterien angewendet werden, um Aggregations- und Darstellungsfehler zu minimieren und den Komplexitätsgrad des vereinfachten Gebäudemodells zu steuern. Insbesondere ist es ein Ziel der Erfindung, die Umsetzung eines detaillierten in ein vereinfachtes Gebäudemodell für verschiedenartigste Anwendungen unter Verwendung leistungsschwacher Hardware zu ermöglichen.
Das vorgenannte Problem wird durch ein Verfahren, ein System und ein Computerprogrammprodukt nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß betrifft das Verfahren die dreidimensionale Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeeinrichtung einer Navigationsvorrichtung. Hierzu umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
• S l : Bereitstellung eines detaillierten dreidimensionalen Ur- sprungsgebäudemodells, insbesondere Städtemodells, und eines detaillierten dreidimensionalen Ursprungsgeländemodells aus einer Ursprungsmodelldatenbank einer Gebäudemodellerzeugungsvor- richtung, wobei das Ursprungsgebäudemodell eine Menge einzelner Ursprungsgebäude umfasst;
• S2: Zuweisung zumindest einer Gebäudefehlervariablen d des
Werts d - 0 zu zumindest einem, insbesondere allen, Ursprungsgebäuden durch die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung;
• S3 : Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells durch die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung durch Bestimmung von Ag- gregationsclustern von unmittelbar in räumlicher Nähe liegenden
Gebäuden und Aggregationen von zumindest zwei Gebäuden eines Aggregationsclusters zur Bildung eines aggregierten Gebäudes, wobei ein Gebäudefehler durch Vergleich von Gebäudedaten der Ursprungsgebäude mit Gebäudedaten der aggregierten Gebäude ermittelt und die Gebäudefehlervariable d aktualisiert wird, so lange bis zumindest eine Gebäudefehlervariable d des Gebäudes zumindest einen vorbestimmbaren Gebäudefehlerschwellwert dmax überschreitet;
• S4: Ablage des vereinfachten Gebäudemodells der Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung in einer Speichereinrichtung der Navigationsvorrichtung;
• S5 : Darstellung des vereinfachten Gebäudemodells auf einer Anzeigeeinrichtung der Navigationsvorrichtung. Mit anderen Worten verwendet das Verfahren in einem ersten Block von Verfahrensschritten S 1 -S3 eine Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung, in der ein detailliertes dreidimensionales Ursprungsgebäudemodell und ein detailliertes dreidimensionales Ursprungsgeländemodell gespeichert sind. Das Ursprungsgebäudemodell beschreibt die Anordnung von Gebäuden auf einem Gelände, wobei das Ursprungsgeländemodell das Höhenprofil des Geländes widerspiegelt. Jedem Ursprungsgebäude des Ursprungsgebäudemodells wird eine Gebäudefehlervariable d mit Wert d = 0 zugewiesen, wobei im Verlauf der Aggregation ein entstehender Gebäudefehler von Ursprungsgebäude zu aggregiertem Gebäude festgestellt werden kann und dieser dem Gebäudefehler des Ursprungsgebäudes zugeschlagen werden kann. Anschließend erfolgt eine Bestimmung von Aggregationsclustern, d.h. von Gebäudekandidaten, die in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander liegen und bei denen eine Zusammenfassung zu einem aggregierten Gebäude sinnvoll erscheint. Nun werden die Gebäude des Aggregationsclusters, insbesondere j eweils zwei Ursprungsgebäude, zu einem aggregierten Gebäude zusammengefasst und der entstehende Gebäudefehler der Aggregation den jeweiligen Gebäudefehlervariablen der Ursprungsgebäude zugewiesen. Anschließend wird überprüft, ob die Gebäudefehlervariable d eines Ursprungsgebäudes einen vorbestimmbaren Gebäudefehlerschwellwert c?max überschreitet. Der Gebäudefehlerschwellwert dmax kann individuell für jedes einzelne Ursprungsgebäude gewählt werden oder für eine Gruppe von Gebäuden, beispielsweise für Gebäude höher als eine gewisse Bauhöhe, größer als ein gewisses Flächen- oder Volumenmaß, etc., oder ein globaler Gebäudefehlerschwellwert kann für alle Gebäude angewendet werden. Überschreitet eine Gebäudefehlervariable d eines Ursprungsgebäudes innerhalb eines aggregierten Gebäudes den für ihn gültigen Gebäudefehlerschwellwert dmax, so wird dieses aggregierte Gebäude nicht weiter aggregiert, so dass eine wiederholte Aggregation nur so lange stattfindet, bis ein vorbestimmbarer Gebäudefehler überschritten wird. Alternativ zum Abbruch der Aggregation kann diese Aggregation auch rückgängig gemacht werden oder nicht abgespeichert werden. Anschließend wird das resultierende vereinfachte Gebäudemodell in einer Speichereinrichtung einer Navigationsvorrichtung abgelegt und kann zur Visualisierung des dreidimensionalen vereinfachten Gebäudemodells beispielsweise im Rahmen einer Navigationsführung bereitgestellt werden. Nachdem in einer ersten Aggregationsphase die Ursprungsgebäude zu aggregierten Gebäuden einer ersten Stufe zusammengefasst worden sind, können die Gebäudefehlervariablen d der Ursprungsgebäude pro aggregiertem Gebäude in eine neue Gebäudefehlervariable d " des aggregierten Gebäu- des umgerechnet werden, beispielsweise aufsummiert werden, oder ein Maximalwert, Durchschnittswert oder Ähnliches der Ursprungsgebäude- fehlervariablen d kann herangezogen werden, wobei in einem zweiten Aggregationsschritt die neuen Gebäudefehlervariablen d ' betrachtet werden, usw. Ein solches Vorgehen bietet sich insbesondere im Rahmen einer iterativen Aggregation an.
Die Aggregation von Gebäuden ist in vielen Anwendungsfällen sinnvoll, in denen Speicherplatz und Verarbeitungsgeschwindigkeit der Daten begrenzt ist, beispielsweise bei komplexen Gebäudedarstellungen auf Desktopcomputern oder auf mobilen Endgeräten, wie Navigationsvor- richtungen oder Notebooks bzw. Netbooks. Herkömmliche Aggregationstechniken führen zu massiv fehlerhaften Darstellungen, wenn die aggregierten Gebäude auf unebenem Terrain dargestellt werden. Durch die oben vorgeschlagene bedingte Aggregation unter Berücksichtigung eines Gebäudefehlers werden solche Fehler vermieden, und eine realisti- sehe Darstellung aggregierter Gebäude wird erreicht. Durch einen stufenlosen Gebäudefehlerschwellwert dmax, der global, für einzelne Gruppen von Gebäuden oder für jedes einzelne Ursprungsgebäude definierbar ist, kann ein Kompromiss zwischen dem Grad der Vereinfachung und dem entstellenden Fehler eingestellt werden. Als Kern des erfinderischen Gedankens kann die bedingte Aggregation der Ursprungsgebäude in aggregierte Gebäude unter Berücksichtigung eines maximalen Gebäude- fehlerschwellwerts dmax angesehen werden, wobei bei jeder weiteren Aggregationsstufe eine Gebäudefehlervariable d den zusätzlichen Fehler von einer zur nächsten Aggregationsstufe aufsummiert, bis der für diese Variable d zugeordnete Gebäudefehlerschwellwert dmax erreicht ist. Hierzu können beliebige Aggregationsverfahren herangezogen werden, und Aggregationscluster können nach bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik bestimmt werden. So kann die Aggregation von Gebäuden entweder sequentiell oder rekursiv, insbesondere iterativ erfolgen. Die Reihenfolge der Aggregation kann Einfluss auf das Ergebnis haben, insbesondere kann die Reihenfolge der Zusammenfassung von Ursprungsgebäuden zu aggregierten Gebäuden bzw. von aggregierten
Gebäuden einer Stufe zu aggregierten Gebäuden einer weiteren Vereinfachungsstufe das Ergebnis des vereinfachten Gebäudemodells bestimmen. Ein naiver Ansatz zur Bestimmung einer optimalen Reihenfolge der Aggregation ist j edoch sehr komplex und hat beispielsweise für n-
Gebäude eine Ordnung von
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und sollte somit nur für sehr einfache 3D-Städtemodelle bestimmt werden.
Durch Berücksichtigung von Geländeinformationsdaten, insbesondere Höhenprofilen des Geländes, kann die Aggregation von Gebäuden an kritischen Stellen, insbesondere großen Steigungen, verhindert werden. Hierdurch werden eine korrekte Visualisierung und ein realitätsnahes Abbild eines vereinfachten Gebäudemodells erreicht, wobei die Gesamt- reduktionsrate bei der Gebäudeaggregation nur geringfügig verringert wird.
Bei Navigationsanwendungen ist ein Kompromiss zwischen Darstellungsqualität und Vereinfachungsrate gesucht. Vorteilhaft kann dies durch Variation der Größe des Gebäudefehlerschwellwerts dm&x erreicht werden, wobei dieser beispielsweise inhomogen über einzelne Ursprungsgebäude oder Ursprungsgebäudetypen unterschiedlich gehandhabt werden kann, so dass beispielsweise kleine Gebäude oder Gebäude geringer Bauhöhe einem geringeren Gebäudefehlerschwellwert <imax als große Gebäude mit großen Bauhöhen unterliegen. Durch die Zusammenfassung von aneinandergrenzenden Gebäuden unter Berücksichtigung eines Geländemodells wird insbesondere bei kritischen Stellen, d.h. Stellen großer Steigungen, vermieden, dass aneinandergrenzende Gebäu- de auf verschiedenen Höhenstufen zusammengefasst werden, so dass ein realistisches Höhenprofil der Gebäudeerhebungen sichergestellt wird. Befinden sich Gebäude auf der gleichen Höhenstufe, können sie problemlos zusammengefasst werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die vorgenannten Schritte S l bis S3 zur Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells in einer externen Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung außerhalb der Navigationsvorrichtung durchgeführt werden, und der Schritt S4 des Ablegens des vereinfachten Gebäudemodells in einem Gebäudemodellspeicher der Speichereinrichtung einer Navigationsvor- richtung kann drahtlos oder drahtgebunden durchgeführt werden. Somit schlägt dieses Ausführungsbeispiel vor, dass die Vereinfachungsschritte von einem Ursprungsgebäude und Geländemodell hin zu einem vereinfachten Gebäudemodell in einer externen Gebäudemodellerzeugungsvor- richtung, beispielsweise einem zentralen Server eines Navigationsgeräte- herstellers oder eines Navigationsdienstleisters, oder auf einem stationären Rechner des Benutzers durchgeführt werden und das vereinfachte Gebäudemodell beispielsweise drahtlos über eine Funkverbindung, wie Bluetooth-Verbindung, WLAN-Verbindung, WiMax-Verbindung, oder eine Mobilkommunikationsverbindung, wie UMTS, GSM, GPRS, HSDPA etc., in einem Gebäudemodellspeicher der Speichereinrichtung der
Navigationsvorrichtung heruntergeladen werden kann. Denkbar ist auch eine drahtgebundene Übertragung des Gebäudemodells über USB- Schnittstelle, LAN-Verbindung oder sonstige kabelgebundene Datenverbindung.
Es kann des Weiteren vorteilhaft sein, verschiedene vereinfachte Gebäudemodelle verschiedener Komplexität, d.h. verschiedener Detailstufen, mit einer unterschiedlichen Anzahl von aggregierten Gebäuden bereitzustellen, beispielsweise ein stark vereinfachtes und ein weniger stark detailliertes Gebäudemodell, oder mehrere Stufen von vereinfachten Gebäudemodellen in einem Gebäudemodellspeicher einer Navigations- Vorrichtung ablegen zu können. Hierdurch erhält die Navigationsvorrichtung die Möglichkeit, bei der Darstellung eines Städtemodells von einer momentanen Position aus Gebäudedaten weiter entfernter Gebäude aus einem stark vereinfachten Gebäudemodell zu entnehmen und Gebäudedaten von in der Nähe liegenden Gebäuden aus einem weniger stark verein- fachten, d.h. detailreicheren, Gebäudemodell zu entnehmen. Hierdurch kann ein sehr realistischer Eindruck der naheliegenden Skyline von Gebäuden erreicht werden, wobei weiter entfernte Gebäude schemenhafter dargestellt werden können. Dies verringert den Darstellungsaufwand der Navigationsvorrichtung.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es denkbar, dass die
Schritte S l bis S3 von einer internen oder externen Gebäudemodeller- zeugungsvorrichtung simultan zur Navigationsführung der Navigationsvorrichtung für einen von einer Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung abhängigen Ansichtsbereich des vereinfachten Gebäudemodells durchgeführt werden können, wobei im Fall einer externen Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung eine drahtlose Kommunikationsverbindung, insbesondere eine GSM-, GPRS-, UMTS-, HSDPA-, WLAN-, WiMax- oder Bluetooth-Kommunikationsverbindung, zwischen Navigationsvorrichtung und externer Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung zur Über- tragung zumindest eines Teils des vereinfachten Gebäudemodells genutzt werden kann. Im Gegensatz zu dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel, in dem ein vollständiges Gebäudemodell eines Landes, einer Region oder einer Stadt vollständig vereinfacht wird, schlägt dieses Ausführungsbeispiel vor, nur einen Bruchteil eines detaillierten Ur- sprungsgebäudemodells zur vereinfachen, und zwar den Teil, der von der Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung momentan zu betrachten ist. Somit muss nur ein kleiner Teil des Ursprungsgebäude- und. Geländemo- dells vereinfacht werden, wobei dies j edoch simultan zur Darstellung, beispielsweise während einer Navigationsführung, geschient. Hierzu kann die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung in der Navigationsvorrichtung selbst umfasst sein, wobei die Navigationsvorrichtung eine genügend hohe Rechenleistung und Speicherkapazität aufweisen muss. Alternativ können die Daten eines reduzierten Subgebäudemodells über eine drahtlose Kommunikationsverbindung von einem zentralen Gebäu- demodellerzeugungsserver bezogen werden, wobei j e nach Änderung von Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung Gebäudedaten aktualisiert werden müssen. Es ist durchaus denkbar, dass die Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung ein vollständig oder in großen Teilen vereinfachtes Gebäudemodell vorhält, jedoch nur Teilbereiche und eventuell angrenzende Teilbereiche an die Navigationsvorrichtung übermittelt, die für die momentane Ansichtsdarstellung visualisiert werden müssen.
Entsprechend einem weiteren ausgezeichneten Ausführungsbeispiel kann der Gebäudefehler, der auf die Gebäudefehlervariable eines Ursprungsgebäudes zugeschlagen wird, als ein absoluter oder relativer Gebäudefehlerwert in Bezug auf eine Metrikdifferenz, insbesondere Höhedifferenz, Oberflächendifferenz, Volumendifferenz, verdeckte Volumendiffe- renz, sichtbare Volumendifferenz oder Ähnliches, zwischen Ursprungsgebäuden oder Gebäuden vor Aggregationen und Gebäuden nach Aggregationen berechnet werden. Dabei kann der Gebäudefehler als gewichte- ter Faktor aus zumindest zwei verschiedenen Metrikdifferenzen berechnet werden. So kann beispielsweise der Gebäudefehler als Differenzfeh- ler der Höhe eines Ursprungsgebäudes zu der Höhe des aggregierten
Gebäudes bestimmt werden. Diese Höhendifferenz, die sich insbesondere als Differenz der Außenwandhöhe eines Ursprungsgebäudes gegenüber der Außenwandhöhe des aggregierten Gebäudes bestimmen lässt, ergibt ein einfaches eindimensionales Maß eines Gebäudefehlers, der auf die Gebäudefehlervariable d des Ursprungsgebäudes aufaddiert werden kann. Darüber hinaus ist es denkbar, dass sich bei der Aggregation zweier Gebäude auf unterschiedlichem Geländeniveau ein Volumenfehler berechnen lässt, der sich durch die Veränderung des Volumens der beiden Ursprungsgebäude bzw. der beiden zuvor aggregierten Gebäude gegenüber dem nun entstehenden aggregierten Gebäude berechnen lässt. Dieser Volumenfehler kann insbesondere als relatives Maß dargestellt werden und kann nach erfolgter Aggregation der jeweiligen Modellpolygone, d.h. der Subpolygone, die das Ursprungsgebäudemodell modellieren, in der Gebäudefehlervariable d gespeichert werden. Das Volumen eines prismatischen Gebäudes lässt sich aus Grundfläche und Höhe berechnen: V = A - H. Der Volumenfehler ergibt sich aus der Differenz der beiden Volumina Vl , V2 der Ausgangsgebäude (Ursprungsgebäude oder zuvor aggregierte Gebäude) mit dem nach dem Aggregationsschritt entstehenden zusammengefassten Gebäude VA- Der absolute Volumenfehler ist somit F = |VA — (Vl + V2)|. Dieser Fehler kann relativ auf das Gesamtvolumen der beiden zuvor existierenden Gebäude V1+V2 bezogen werden, um ein relatives Fehlermaß zu erhalten. Alternativ kann beispielsweise die Änderung des verdeckten Volumens als Fehlermaß berücksichtigt werden. Das verdeckte Volumen eines Gebäudes ist derj enige Teil, der sich unterhalb der Geländeoberfläche befindet und unsichtbar bleibt. Als Fehlermaß kann entweder das absolute verdeckte Volumen der potentiellen Aggregation verwendet werden oder ein relatives Fehlermaß durch die Differenz der verdeckten Volumina der zu aggregierenden Gebäude gegenüber dem aus der Aggregation entstandenen Gebäude, bezogen auf die Ausgangsvolumina. Das verdeckte Volumen Vv ergibt sich als Volumenintegral über alle Dreiecksflächen der jeweiligen Gebäudepolynome und kann berechnet werden durch die Formel
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Zur Speicherung des Volumendifferenzfehlers wird die Differenz FVVD berechnet, d.h. die Differenz des verdeckten Volumens des aggregierten Gebäudes gegenüber der Summe der verdeckten Volumina der Ur- sprungsgebäude bzw. zuvor aggregierten Gebäude, und dieses wird als Fehlermaß in die Gebäudefehlervariable eingetragen.
Analog zur Betrachtung des verdeckten Volumens kann auch die Änderung des sichtbaren Volumens von Ausgangsgebäude zu aggregiertem Gebäude betrachtet werden, wobei dies einer ähnlichen Vorschrift wie vorgenannt folgt. Schließlich kann auch eine gesamte Änderung des Gesamtvolumens von aggregiertem Gebäude zu Ausgangsgebäude betrachtet werden. Der Gebäudefehler kann gewichtet aus zwei oder mehreren Metrikdifferenzen zusammengesetzt berechnet werden und somit verschiedene Fehlerquellen berücksichtigen.
Ein weiterer naiver Ansatz kann die Fortsetzung der Aggregation so lange, bis ein Gebäudedach eines Ursprungsgebäudes in der Oberfläche des Geländemodells verschwindet, sein. Hierbei sind Aggregationen erlaubt, solange mit den Ergebnissen keine Gebäudedächer vom Höhen- profil des Geländes überdeckt werden. Dieses Fehlermaß berücksichtigt sowohl das Terrain als auch die Gebäudehöhen und ist ein absolutes Maß, daher brauchen keine kumulierten Fehler gespeichert werden, und die Gebäudefehlervariable kann die jeweilige Höhe des Ursprungsgebäudes gegenüber dem Terrain charakterisieren. Dieses Fehlermaß gibt an, wenn ein Punkt auf dem Gebäudedach pd einer Stelle unterhalb einer Terrainhöhe t liegt. In diesem Fall wird die Aggregation verworfen, ansonsten wird die Aggregation erlaubt, somit ergibt sich folgende Aggregationsvorschrift:
f 3( P , < i) : verwerfen AggregaW
[ sonst : erlaubt
Entsprechend einem ausgezeichneten Ausgangsbeispiel kann der Gebäu- defehlerschwellwert dmax eines Ursprungsgebäudes derart bestimmt werden, dass er weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, einer Abweichung eines aggregierten Gebäudes vom Ursprungsgebäude entspricht, und/oder eine Mehrzahl von Gebäudefehlerschwellwerten dmax bestimmt werden, wobei insbesondere ein Gebäudefehlerschwellwert dmax für jeden Aggregationscluster festlegt werden kann. Durch Festsetzung des Gebäudefehlerschwellenwerts von weniger als 50%, insbesondere weniger als 30%, wird eine maximale Abweichungsschranke eines aggregierten Gebäudes gegenüber Metrikkoeffizienten eines Ursprungsgebäudes festgelegt, die verhindert, dass ein zu unrealistisches Bild eines vereinfachten Gebäudes erzeugt werden kann. Durch Zuweisung von mehreren Gebäudefehlerschwellwerten dmax, insbesondere einem Gebäudefehlerschwellwert pro Aggregationscluster oder einem Gebäude- fehlerschwellwert für jeden Ursprungsgebäudetyp, insbesondere jeden volumenspezifischen und/oder höhenspezifischen Typ, kann sichergestellt werden, dass bestimmte Gebäude eines Städtemodells realistischer als andere dargestellt werden, insbesondere dominierende, bekannte oder repräsentative Gebäude nur gering vereinfacht und homogene Gebäude- Verteilungen stark vereinfacht dargestellt werden können. Des Weiteren kann gesteuert werden, dass unscheinbare Gebäude einen größeren Gebäudefehler aufweisen können als besonders ausgestaltete auffällige Gebäude.
Ausgehend von einem vorgenannten Ausführungsbeispiel, bei dem simultan ein Teil eines vereinfachten Gebäudemodells in Abhängigkeit von Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung erstellt wird, und unter Berücksichtigung verschiedener Gebäudefehl erschwellwerte dmax für verschiedene Gebäude kann es vorteilhaft sein, dass der Gebäudefehlerschwellwert G?maχ eines Aggregationsclusters mit zunehmender Entfer- nung von einer Fahrzeugposition zunimmt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass vereinfachte Gebäudemodelle verschiedener Komplexität abgelegt werden, und j e nach Position bzw. Entfernung von der Position mit zunehmender Entfernung Gebäude aus vereinfachten Gebäudemodellen zur Visualisierung herangezogen werden. Somit werden Gebäude im Vordergrund detaillierter als Gebäude im Hintergrund dargestellt, wobei sich zum einen eine realistische Darstellungsmöglichkeit ergibt, zum anderen die Navigationsvorrichtung bei der Visualisierung entlastet wird.
Nach einem ausgezeichneten Ausführungsbeispiel kann bei Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells diesem Gebäudemodell eine Kom- plexität K zugewiesen werden, wobei bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Komplexitätsschwellwerts Kmax zumindest der eine Gebäude- fehlerschwellwert dmax vergrößert wird und erneut ein vereinfachtes Gebäudemodell erzeugt wird. Der Komplexitätswert K kann beispielsweise die Anzahl der Polygone eines Gebäudemodells beschreiben oder die Speichergröße des Modells bzw. die Anzahl von Gebäuden, die von dem vereinfachten Gebäudemodell umfasst werden. Wird nach einem iterativen oder einem sequentiellen Verfahren ein vereinfachtes Gebäudemodell erzeugt, so wird der Komplexitätswert K dieses Modells mit einem vorbestimmbaren Komplexitätsschwellwert Kmax verglichen, der sich an der Rechenleistung oder Darstellungsgeschwindigkeit einer Navigationsvorrichtung orientieren kann, wobei bei Überschreiten des Komplexitätswerts Kmax das zuvor erstellte vereinfachte Gebäudemodell verworfen werden kann und ein neues vereinfachtes Gebäudemodell mit geringerer Komplexität berechnet werden kann. Um dies zu erreichen, ist es vorteilhaft, den einen bzw. eine Vielzahl von Gebäudefehlerschwell- werten cfmax zu erhöhen, insbesondere selektiv Gebäudefehlerschwellwer- te dmax bestimmter Gebäudetypen bzw. lokal definierte Gebäudefehler- schwellwerte dmax zu erhöhen, um ein vereinfachtes Gebäudemodell zu erzeugen, dessen Komplexität unterhalb des Komplexitätsschwellwerts Kmax liegt, so dass dieses Gebäudemodell problemlos von der Navigationsvorrichtung verarbeitet werden kann. Hierdurch lässt sich ein effizientes und einfaches Steuerungsmittel schaffen, um ein vereinfachtes Gebäudemodell gewünschter Komplexität zu schaffen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können vor Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells zumindest einzelne Ursprungsgebäude des Ursprungsgebäudemodells durch einen Upsampling-Vorgang in kleinere Ursprungsgebäude zur Verfeinerung des Ursprungsgebäudemodells unterteilt werden. Ein Upsampling-Vorgang, d.h. eine Unterteilung eines Ursprungsgebäudes in zwei oder mehrere Teilgebäude, erhöht zunächst die Komplexität des Ursprungsgebäudemodells und ermöglicht im nachfolgenden Verfahren eine Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells mit einer flexibleren Aufteilung einzelner Gebäude, wobei insbesondere große Ursprungsgebäude flexibler in kleine Gebäude unterteilt und dadurch besser an das Terrain angepasst werden können. Mithilfe eines Upsamplingvorgangs können verbesserte Endergebnisse des vereinfachten Gebäudemodells erzeugt werden, da die Granularität und damit der Freiheitsgrad bei der Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells erhöht wird. Durch diesen Vorverarbeitungsschritt, in dem die Ursprungsgebäude in geeigneter Weise verfeinert werden, kann eine optimale Anpassung der aggregierten Gebäude an das Gelände erreicht werden. Hierbei kann die Geometriebeschreibung der Gebäude durch zusätzliche Verbindungspunkte angereichert (Upsampling) werden, die entweder zufällig oder orientiert an den Höhenwerten des Gebäudes ermittelt werden, oder die Gebäude können durch geometrische Operation in mehrere zusammenhängende Einzelteile zerteilt werden. In einem anschließenden Schritt werden diese Gebäude wie zuvor beschrieben aggregiert. Dies gewährleistet auch bei sehr großflächigen Gebäuden, wie beispielsweise Fabrikgebäuden, eine gute Anpassung an das Geländemodell.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel können bei der Darstellung des vereinfachten Gebäudemodells die ursprünglichen Wandhöhen außen liegender Ursprungsgebäude eines aggregierten Gebäudes im Wesentlichen unverändert dargestellt werden, und Gebäudedächer können angepasst an die unterschiedlichen Außenwandhöhen des aggregierten Gebäudes geneigt dargestellt werden. Somit werden nach der Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells zur Verbesserung der Visualisierung die Gebäudedächer schief geneigt dargestellt. Hierbei werden nicht alle Wände eines Gebäudes auf derselben Ebene dargestellt, sondern einzelne Wände des Gebäudes werden senkrecht auf das Gelände unter Beibehaltung ihrer Ursprungshöhen projiziert. Diese Variante betrifft eine Visualisierungstechnik und ermöglicht, ursprüngliche Gebäudehöhen beizubehalten und die Gebäudeform an den Geländever- lauf anzupassen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann zur Bestimmung von Aggregationsclustern ein Vereinfachungsverfahren angewendet werden, insbesondere ein Sortieren, Ordnen und Selektieren von Gebäuden, oder ein Clusterverfahren kann herangezogen werden, insbesondere ein hierarchisches oder ein partitionierendes Clusterverfahren. Aggrega- tionscluster dienen dazu, räumlich benachbarte oder eng nebeneinander stehende Gebäude als Aggregationskandidaten zu definieren, die zusam- mengefasst werden können. Die Aggregation kann entweder sequentiell oder rekursiv erfolgen. Um die Suche nach einer optimalen Aggregati- onsreihenfolge zu beschleunigen, kann der Aktionsradius des Vereinfachungsverfahrens eingeschränkt werden, indem beispielsweise die Menge an Gebäuden sortiert, geordnet oder selektiert wird. Alternativ können hierarchische Verfahren eingesetzt werden, um Ansammlungen von Gebäuden voneinander zu trennen und die Menge der gemeinsamen zu betrachtenden Gebäude einzugrenzen. Eine optimierte Reihenfolge der Aggregation ermöglicht im Ablauf des Aggregationsverfahrens einen zeitlichen und rechnerischen Vorteil. Aggregationscluster können als hierarchische Cluster beispielsweise mittels einer Distanzfunktion räumlich benachbarte Gebäude auffinden, die als Aggregationskandida- ten in Frage kommen. Der betrachtete Abstand von Gebäuden kann auf verschiedene Weise definiert werden und beispielsweise den minimalen Abstand, einen durchschnittlichen Abstand oder einen Mittelwertsabstand um einen Clustermittelpunkt darstellen. Als partitionierendes Clusterverfahren kann beispielsweise ein k-Means-Algorithmus herange- zogen werden, der zufällig k-Clusterzentren auswählt und j edem Gebäude das ihm am nächsten liegende Clusterzentrum zuordnet, wobei dies mehrmals wiederholt werden sollte, um ein optimales Clustermodell zu erzeugen. Des Weiteren sind diverse andere Clusterverfahren, wie beispielsweise EM-Algorithmus, Spectral-Clustering, Multiview- Clustering, Seif -Organizing-Maps, Fuzzy-Clustering oder graphentheo- retische Ansätze, anwendbar, wobei ein Fachmann geeignet aus diesen Verfahren auswählen kann. Insbesondere bei einer simultanen Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells kann die Wahl eines optimierenden Aggregationsclusterverfahrens eine deutliche Beschleunigung des Gesamtverfahrens bewirken.
In einem nebengeordneten Aspekt schlägt die Erfindung ein System zur Durchführung eines Darstellungsverfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche vor. Hierzu umfasst das System zumindest eine Navigationsvorrichtung in einem Fahrzeug, die eingerichtet ist, ein dreidimensionales Gebäudemodell darzustellen und die zumindest eine Speichereinrichtung zur Speicherung eines vereinfachten Gebäudemodells umfasst. Des Weiteren umfasst das System eine Gebäudemodellerzeugungsvorrich- tung, die zumindest eine Ursprungsmodelldatenbank zur Speicherung eines Ursprungsgeländemodells und eines Ursprungsgebäudemodells umfasst, wobei die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung eingerichtet ist, ein Verfahren nach den Schritten S l bis S3 durchzuführen, und die Navigationsvorrichtung eingerichtet ist, ein Verfahren nach den Schritten S4 und S 5 des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Mit anderen Worten umfasst das erfinderische System eine Gebäudemodell- erzeugungsvorrichtung, die ausgelegt ist, aus einem detaillierten Gebäudemodell und einem detaillierten Geländemodell eine vereinfachtes Gebäudemodell zu erzeugen. Zum anderen umfasst das System eine
Navigationsvorrichtung, in der das vereinfachte Gebäudemodell in einer Speichereinrichtung abgelegt werden kann und die dazu ausgelegt ist, auf einer zweidimensionalen Anzeigeeinrichtung eine 3D bzw. 21AO- Ansicht auf das vereinfachte Gebäudemodell darzustellen. Es ist denk- bar, dass die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung und die Navigationsvorrichtung in einem einzigen Gehäuse integral umfasst sind, j edoch auch naheliegend, dass die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung als zentraler Server fernab von der Navigationsvorrichtung angeordnet ist, und die Daten des vereinfachten Gebäudemodells entweder drahtgebunden, beispielsweise bei einem Update von Navigationsdaten, wie den Satellitenpositionsdaten oder Karteninformationen, übertragen werden, oder online über eine „Live"-Funkverbindung beispielsweise durch Nutzung einer Mobil-Funk-Technologie oder einer drahtlosen Internettechnologie übertragen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist die externe Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung außerhalb der Navigationsvorrichtung angeordnet, und die Daten des vereinfachten Gebäudemodells werden über eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung, insbesondere eine USB-Verbindung, LAN-Verbindung oder Ähnliches, oder drahtlos über eine Funkkommunikationsverbindung insbesondere GSM, GPS, UMTS, HSDPA, WLAN, WiMax, Bluetooth oder Ähnliches, von der Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung zur
Navigationsvorrichtung übertragen. Hierdurch kann die Navigationsvorrichtung mit geringem Hardwareaufwand, d.h. geringer Speicherausstattung und geringer Prozessorleistung, ausgestattet werden, und die rechenintensive Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells erfolgt zentral, beispielsweise auf einem Server eines Navigationskartenherstellers, eines Navigationsgeräteherstellers oder eines Navigationsdienstleisters, und kann als Beispiel nach einer „MyRoute"-Technologie, die zur Erfassung und Verteilung von Fahrgewohnheiten einer Vielzahl von Navigationsgerätebenutzer dient, vom Server auf die Navigations- Vorrichtung heruntergeladen werden.
Nach einem weiteren vorteilhaften Ausstattungsbeispiel des Systems kann in den Fällen, in denen abhängig von Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung lediglich ein Teil eines vereinfachten Gebäudemodells erzeugt werden muss, eine Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung von der Navigationsvorrichtung umfasst sein und insbesondere ausgelegt sein, Daten zumindest eines Teils eines Ursprungsgebäudemodells simultan zur Anzeige eines Gebäudemodells zu erzeugen. Somit würde das Ensemble aus Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung und Navigationsvorrichtung in einem internen Speicher ein detailliertes Ursprungsgebäude- und -geländemodell halten, und in Abhängigkeit einer Benutzeransicht nur einen Teilbereich des Ursprungsgebäudemodells als vereinfachtes Gebäudemodell erzeugen und darstellen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein sehr hoher Detaillierungsgrad des vereinfachten Gebäudemodells bereitgestellt werden kann, wodurch beispielsweise eine Zoomfunktion erweiterte Detaildarstellungen ermöglichen kann, da das jeweils dargestellte vereinfachte Modell bei der simultanen Erstellung auf die Ursprungsgebäudedaten zurückgreifen kann.
Nach einem weiteren nebengeordneten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeeinrichtung einer Navigationsvor- richtung vorgeschlagen, wobei das Computerprogrammprodukt Computerprogrammanweisungen auf einem computerlesbaren Programmspeichermedium, insbesondere einer Festplatte, CD-Rom, Diskette, einem Flash-Speicher oder Ähnlichem, umfasst, und die Computerprogrammanweisungen zumindest einen Computer zur Ausführung eines Verfah- rens nach einem der vorgenannten Verfahrensansprüche veranlassen, wenn die Anweisungen von einem Computer gelesen und ausgeführt werden. Somit betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt als gespeicherte Folge von Verfahrensanweisungen auf einem computerlesbaren Medium, wie beispielsweise einer Festplatte, CD-Rom, Diskette, einem Flash-USB-Festspeicher, oder als herunterladbares Softwaredatenprodukt aus einem Computernetz, insbesondere Internet, und die Computerprogrammanweisungen setzen einen Computer in die Lage, zum einem das Verfahren zur Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells aus einem detaillierten Gebäude- und Geländemodell durchzuführen, zum anderen eine Navigationsvorrichtung zur Anzeige des vereinfachten
Gebäudemodells zu befähigen. Insbesondere ist das Computerprogrammprodukt als zweiteiliges Computerprogrammprodukt ausgeführt, dessen erster Teil eine Gebäudemodellerzeugung innerhalb einer Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung betrifft und in dieser abläuft, und dessen zweiter Teil die Ablage bzw. Download der vereinfachten Gebäudemodelldaten und die Darstellung der Gebäudemodelldaten in Abhängigkeit von Fahrzeugposition und Fahrtrichtung betrifft und in einer Navigationsvorrichtung abläuft.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Figurenbeschreibungen. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zur sinnvollen weiteren Kombination zusammenfassen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ursprungsgebäudemodells, das auf ein Ursprungsgeländemodell projiziert ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vereinfachten Gebäudemodells nach dem Stand der Technik;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren vereinfachten Gebäudemodells nach dem Stand der Technik;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Problematik der Zusam- menfassung von Gebäuden auf einem hügeligen Geländemodell;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Bestimmung eines Gebäudefehlers bei der Zusammenfassung von Ursprungsgebäuden;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Aggregationsmethode nach dem Stand der Technik und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Verwendung eines volumenbasierten Gebäudefehlers zur Aggregation von Gebäuden; Fig. 8 ein vereinfachtes Gebäudemodell nach einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 9 ein vereinfachtes Gebäudemodell nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 10 schematisch die Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells nach dem Stand der Technik;
Fig. 1 1 schematisch die Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems;
Fig. 13 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 14 bis Fig. 17 verschiedene Ansichten einer Anzeigeeinrichtung einer Navigationsvorrichtung nach dem Stand der Technik bzw. nach einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Ausgangssituation eines detaillierten Ursprungsgebäudemodells 62, das auf ein Ursprungsgeländemodell 60 projiziert ist, dargestellt. Das Gebäudemodell 62 umfasst eine Vielzahl von Ursprungsgebäuden 64. Bereits in dieser Darstellung ist offensichtlich, dass jeweils eine Gruppe von Ursprungsgebäuden 64 zu einzelnen Aggregationsclustern zusammengefasst werden kann, insbesondere die Gebäude 64, die unmittelbar aneinandergrenzen, können zu einem Ag- gregationscluster zusammengefasst werden, das durch den Abstand zu benachbarten Gebäuden 64 begrenzt ist. Fig. 2 zeigt schematisch ein vereinfachtes Gebäudemodell 76, wie es nach einem Verfahren des Stands der Technik erzeugt wird. Hierzu werden ausgehend von einem Ursprungsgebäudemodell 62 der Fig. 1 die unmittelbar benachbart liegenden Ursprungsgebäude 64 zu einem aggre- gierten Gebäude 68 zusammengefasst und auf Höhe des jeweils mittleren Ursprungsgebäudes 64 dargestellt. Hierbei ergeben sich massive Visualisierungsfehler. So scheinen einzelne Gebäude 68 in der Luft zu stehen, oder sind zu einem großen Teil in der Geländeoberfläche eingetaucht. Die aggregierten Gebäude 68 bestehen j eweils aus fünf bis sechs Ur- Sprungsgebäuden 64. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Aggregationen wird nicht auf die Geländedaten geachtet, und somit werden Gebäude 64 an kritischen Stellen zusammengefasst. Bei flachem Terrain stellt dies kein Problem dar, allerdings können bei der gleichzeitigen Visualisierung eines hügeligen Geländemodells 60 Darstellungs- probleme entstehen, da einzelne aggregierte Gebäude 68 in das Gelände hinein- oder daraus herausragen können.
In der Fig. 3 ist eine Erweiterung des aus dem Stand der Technik nach Fig. 2 dargestellten vereinfachten Gebäudemodells 76 dargestellt. Hierbei werden zur Kaschierung der entstandenen Gebäudefehler die Gebäu- deseiten bis zum Boden des Geländes 60 verlängert. Dieses Vorgehen resultiert allerdings in sehr unrealistischen Gebäudehöhen, so dass einzelne aggregierte Gebäude 68 extrem hoch erscheinen. Die Fig. 1 bis 3 beschreiben die Ausgangssituation und den Darstellungsfehler, der bei aus dem Stand der Technik bekannten vereinfachten 3D-Gebäude- und Städtemodellen, die keine Rücksicht auf kritische Stellen im Geländemodell nehmen, auftreten kann.
Fig. 4 stellt die Möglichkeit der Aggregation zweier Ursprungsgebäude 64 auf einem Geländemodell 60 dar. In einem flachen linken Bereich des Geländes 60 können die beiden Ursprungsgebäude 64 unter Vermeidung eines Gebäudefehlers zu einem zusammengefassten Gebäude 68 aggre- giert werden. Im rechten steil ansteigenden Geländeteil würde ein naives Zusammenfassen der beiden Ursprungsgebäude 64 zu einem aggregierten Gebäude 68 zu einem Darstellungsfehler führen, wobei das untere Gebäude nach oben gezogen werden würde, und somit ein Höhenfehler in Form einer überhöhten Höhe 70 (Metrikfehler), die der Gebäudefehlerva- riable d zugeschlagen werden müsste, auftreten würde. Aus diesem
Grund testet ein erfindungsgemäßes Verfahren, ob angrenzende Gebäude 64 hinsichtlich des Geländemodells 60 auf verschiedenen Höhenstufen angeordnet sind, wobei sie, wenn sie auf gleicher Höhe angeordnet sind, problemlos nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zusammengefasst werden können. Befinden sich die Gebäude allerdings auf verschiedenen Höhen, so wird ein maximaler Gebäudefehlerschwell- wert dmax definiert, um die maximale Fehlerabweichung vom Ursprungsgebäudemodell zu steuern. Bei kleinen Höhenunterschieden kann es hinnehmbar sein, dass die Gebäudeseiten bis zum Boden verlängert werden. Jedoch wird bei der Darstellung bei großen Höhenunterschieden zwischen aggregierten Gebäuden ein unrealistischer Eindruck erreicht, da die Gebäude bei der Aggregation um den Metrikfehler 70 wachsen würden. In diesem Fall orientiert sich der Metrikfehler an einem Höhenunterschied, es kann allerdings auch ein Flächenunterschied, ein VoIu- menunterschied oder Ähnliches sein.
Eine Lösung des oben genannten Problems wird in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5a zeigt nochmals den Ausgangspunkt, wie er sich in Fig. 4 auf der rechten Seite ergibt. Drei Ursprungsgebäude 64 sollen an einem ansteigenden Geländestück 60 zusammengefasst werden. Durch die Zusammen- fassung der unteren beiden Ursprungsgebäude 64 ergibt sich ein Metrikfehler 70 durch Erhöhung des zuunterst liegenden Gebäudes 64 auf die Höhe des mittleren Gebäudes 64. Das erfindungsgemäße Verfahren testet, ob die Höhendifferenz dsττ des Gebäudefehlers einen Gebäudefeh- lerschwellwert dmax überschreitet. Ist dies nicht der Fall, kann das Verfahren iterativ oder sequentiell die Aggregation des entstandenen größeren Gebäudes 68 mit dem Ursprungsgebäude 64, das weiter oben liegt, ins Auge fassen. Auch hier ergibt sich ein Metrikfehler 70, der, wenn er zu dem bisherigen Fehler d 72 hinzugefügt wird, zu einem vergrößerten Fehler d 72 führt. Liegt dieser Gesamtfehler d 72 immer noch unterhalb des zugeordneten Gebäudefehlerschwellwerts dmax, so kann auch diese Aggregation durchgeführt werden. Das Verfahren kann wiederholt für alle Gebäude abgearbeitet werden.
Fig. 8 zeigt das Ergebnis einer nach Fig. 5b durchgeführten Aggregation, wobei ausgehend vom ursprünglichen Gebäudemodell 62 nach Fig. 1 ein vereinfachtes Modell 76 mit aggregierten Gebäuden 68 nach Fig. 8 erzeugt wurde. Das vereinfachte Gebäudemodell nach Fig. 8 hat eine erheblich geringere Komplexität K, d.h. eine erheblich geringere Zahl von Einzelgebäuden als das detaillierte Modell 62 nach Fig. 1 , weist jedoch kaum Visualisierungsfehler auf und kann somit von einem Betrachter als realistisch eingestuft werden.
In der Fig. 6a wird ein weiteres Aggregationsverfahren nach dem Stand der Technik dargestellt. Hierzu sollen sechs Ursprungsgebäude 64, die j eweils einen Höhenmetrikunterschied (Metrikfehler) d 70 aufweisen, zusammengefasst werden. Im Resultat sieht man im rechten Bereich der Fig. 6a einen großen Gebäudekörper als aggregiertes Gebäude 68. Gegenüber dem niedrigstgelegenen Ursprungsgebäude 64 weist das aggre- gierte Gebäude 68 einen beträchtlichen Metrikfehler 70 auf.
In Fig. 6b ist eine Aggregation desselben Aggregationsclusters in der Anwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierbei werden die ersten drei unten liegenden Ursprungsgebäude 64 zusammengefasst, wobei sich ein Metrikfehler d 70 von 0,2 ergibt. 0,2 liegt unterhalb dem kritischen Gebäudefehler- schwellwert dmax von 0,25. Eine weitere Zusammenfassung wird allerdings abgebrochen, da dies zu einer Überschreitung des Gebäudefehlerschwellwerts G?max führen würde. Des Weiteren werden die nächsten beiden weiter oben liegenden Ursprungsgebäude 64 zusammengefasst, deren Zusammenfassung einen Fehler J=0, l 72 ergibt. Es ist zu überlegen, ob diese mit dem höchsten Ursprungsgebäude 64 noch zusammenge- fasst werden können. Die vorgestellte Geometrik berücksichtigt den Unterschied in der Höhenlage der Gebäude. Dadurch wird verhindert, dass zwei benachbarte Gebäude mit wesentlichen Unterschieden in den Höhenlagen vereinigt werden. Somit werden jeweils zwei Gebäude 64 vereinigt oder nicht, wenn der Metrikfehler 70 einen gewissen Wert <imax überschreitet. Ein großer Fehler, wie er aus dem Stand der Technik nach Fig. 6a auftritt, wird vermieden, da immer mit dem kumulierten Fehler d gegenüber dem Ursprungsgebäude verglichen wird. Durch eine Optimierung der Reihenfolge der Aggregation, beispielsweise als iterative Aggregation oder als sequentielle Aggregation, wobei die Richtung der Aggregation eine Rolle spielen kann (von oben nach unten, etc.), sowie durch vorheriges Upsampling der Ursprungsgebäude 64 oder die Verwendung schiefer Gebäudedächer kann ein erheblich verbessertes Darstellungsergebnis des vereinfachten Gebäudemodells erreicht werden.
In der Fig. 7 wird schematisch die Zusammenfassung dreier Gebäude an einem Höhenanstieg eines Geländes 60 dargestellt. Durch Zusammenfassung von zwei tiefer liegenden Ursprungsgebäuden 64 zu einem Gesamtgebäude wird das Gesamtvolumen VA des aggregierten Gebäudes 68 größer als die Summe der beiden Einzelvolumen Vl , V2 der Ursprungs- gebäude 64. Die Abweichung des Volumens kann als Metrik zur Bestimmung einer weiteren Aggregation verwendet werden. Hierzu wird ein Gebäudefehlerschwellwert Jmax definiert, der einen unzulässigen Volumenzuwachs eines aggregierten Gebäudes 68 gegenüber der Summe der Ursprungsgebäude 64 verhindern kann, um sowohl ein übermäßiges Anwachsen in die Höhe als auch in die Breite und Tiefe zu beschränken.
Die Fig. 9 zeigt eine Visualisierungsverbesserung des in Fig. 8 dargestellten vereinfachten Gebäudemodells, in dem schiefe Dächer verwendet werden, um die Gebäude 68 entlang des Verlaufs des Geländemodells anzuschmiegen. Hierzu werden die Außenwände der Ursprungsgebäude 64 eines aggregierten Gebäude 68 beibehalten, und ein schiefes Dach verbindet die Außenwände, so dass die Gesamthöhe des aggregierten Gebäudes 68 parallel zum Terrainverlauf verläuft und sich somit harmonisch in den Verlauf des Geländes 60 schmiegt. Dies ist lediglich eine Visualisierungstechnik und kann als Nachbearbeitungsschritt dem Verfahren nachgeschaltet werden, muss j edoch bei der Bestimmung der Außenwandhöhen des aggregierten Gebäudes 68 schon während der Vereinfachung des Gebäudemodells 62 berücksichtigt werden.
Fig. 10 zeigt schematisch den Ablauf eines aus dem Stand der Technik bekannten Vereinfachungsverfahrens zur Reduktion der Komplexität eines Gebäudemodells 62. Ausgangspunkt ist ein detailliertes Gebäude- modell 62, wie es beispielsweise durch Fotogrammetrie oder Satelliten- radaraufnahmen gewonnen werden kann. Dieses detaillierte Gebäudemodell 62 wird durch eine Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung 40 vereinfacht, so dass sich das vereinfachte Gebäudemodell 16 ergibt. Hierzu werden keinerlei Geländedaten berücksichtigt, wobei auch Gebäude 64 auf verschiedenen Geländehöhen aggregiert werden.
Fig. 11 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem ein detailliertes Ursprungsgebäudemodell 62 und ein detailliertes Ursprungsgeländemodell 60 mittels einer Gebäude- modellerzeugungsvorrichtung 40 so miteinander kombiniert werden, dass unter Berücksichtigung von Gebäudefehlern ein vereinfachtes Gebäudemodell 76 erzeugt werden kann.
Die Fig. 12 zeigt schematisch ein System umfassend eine Navigationsvorrichtung 10 und eine Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung 40 entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung 40 umfasst eine Gebäudemodellaggregations- einrichtung 50, die ausgelegt ist, aus einem detaillierten Geländemodell 60 und einem detaillierten Gebäudemodell 62 ein vereinfachtes Gebäudemodell 76 zu erzeugen. Die Daten des Gelände- 60 und Gebäudemodells 62 werden einer Ursprungsmodelldatenbank 42 entnommen, die einen Ursprungsgeländemodellspeicher 44 und einen Ursprungsgebäude- modellspeicher 46 umfasst. Nach Vereinfachung des Ursprungsgebäude- modells 62 in ein vereinfachtes Gebäudemodell 76 kann dieses über eine Kommunikationseinrichtung 48 zu einer Navigationsvorrichtung 10 übertragen werden. Die Kommunikationsverbindung 32 kann eine drahtgebundene Verbindung sein, beispielsweise ein Netzwerkkabelanschluss an ein LAN, ein serieller Anschluss über USB oder dergleichen, um eine Verbindung zwischen Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung 40 und Navigationsvorrichtung 10 zu etablieren. Des Weiteren ist es denkbar, dass die Kommunikationsverbindung 32 eine drahtlose, insbesondere funkbasierte, Kommunikationsverbindung darstellt, wobei insbesondere drahtlose Funknetztechnologien, wie Mobilfunk (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA), oder drahtlose Internet- oder Computerverbindungen, wie WLAN, WiMax, Bluetooth etc. , genutzt werden, um ein vereinfachtes Gebäudemodell 16 von der Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung 40 in die Navigationsvorrichtung 10 zu übertragen.
Die Navigationsvorrichtung 10 umfasst ebenfalls eine komplementäre Kommunikationseinrichtung 30, die Daten des vereinfachten Gebäudemodells 76 empfängt und in einem Gebäudemodellspeicher 16 einer Speichereinrichtung 12 ablegen kann. Die Speichereinrichtung 12 umfasst des Weiteren einen Kartenspeicher 14, der Strecken eines Ver- kehrsnetzes speichert, mittels derer eine Routenberechnungseinrichtung 26 eine Route zur Navigation von einer Startposition zu einer Zielposition zusammenstellen kann. Des Weiteren umfasst die Navigationsvorrichtung 10 eine Positionsermittlungseinrichtung 24, beispielsweise ein GPS- Modul oder Ähnliches, zur Feststellung einer aktuellen Position inner- halb des Geländemodells 60. Darüber hinaus umfasst die Navigationsvorrichtung 10 eine Eingabeeinrichtung 18, die beispielsweise ein Touch- screenmittel 20 zur berührenden Eingabe von Daten und ein TMC- Verkehrsinformationsempfangsmittel 22 zum Empfang von Verkehrsinformationen beinhalten kann. Die Routenberechnungseinrichtung 26, die grundsätzlich eine Recheneinheit umfasst, ist mit einer Anzeigeeinrichtung 28 angeschlossen, die eine 21A-O- oder 3D- Darstellung eines Gebäudemodells ermöglicht sowie Navigationsanweisungen visuell und akustisch ausgeben kann. Wird nun ein Fahrzeug entlang einer Route geführt, so wird statt einer zweidimensionalen Kartendarstellung eine 21/2-D-Darstellung unter Berücksichtigung des vereinfachten Gebäudemodells 76 auf der Anzeigeeinrichtung 28 dargestellt. Hierzu können neben den Daten des vereinfachten Gebäudemodells 76 weitere verkehrsrelevante Daten, wie beispielsweise interessante Orte, Tankstellen, Restaurants etc. und Straßenführungsmarkierungen, in der Anzeigeeinrichtung 28 eingeblendet werden.
Fig. 13 zeigt einen Programmablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt S l werden ein detailliertes Ursprungsgeländemodell und Ursprungsgebäudemodelle 60, 62 aus einer Ursprungsmodelldatenbank 42 einer Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung 40 geladen. Jedem Ursprungsgebäude 64 des Ursprungsgebäudemodells 62 wird in Schritt S2 eine Gebäudefehlervariable d 72 mit dem Wert 0 zugewiesen. In einem weiteren Schritt S3- 1 werden Aggregationscluster d.h. räumlich benachbarte Ursprungsgebäude 64, identifiziert, die als Aggregationskandidaten möglicherweise zusammen- gefasst werden können, wobei bei der Zusammenfassung Straßenverläufe berücksichtigt werden müssen, um Gebäude nicht über Straßen hinweg zu aggregieren. In einem nächsten Schritt S3-2 werden diese Gebäude zusammengefasst, und in S3-3 wird ein Gebäudefehler bestimmt, der zur Gebäudefehlervariablen d jedes Ursprungsgebäudes 64 zugeschlagen wird. Daraufhin wird in S3 -4 überprüft, ob die Gebäudefehlervariable d 72 größer als ein Gebäudefehlerschwellwert dmax 74 ist. Ist dies nicht der Fall, können weitere Ursprungsgebäude 64 oder bereits aggregierte Gebäude 68 des Aggregationsclusters weiterhin aggregiert werden. Überschreitet der Gebäudefehler d 72 den Gebäudefehlerschwellwert rfmaχ 74, so wird die Aggregation abgebrochen, wobei mit dem nächsten Aggregationscluster sequentiell fortgefahren wird bzw. iterativ das Gesamtmodell weiter aggregiert werden kann. Schließlich wird in Schritt S3-5 die Komplexität K des vereinfachten Gebäudemodells 76 bestimmt, beispielsweise durch Bestimmung der Anzahl von aggregierten Gebäuden 68, Bestimmung der Speichergröße des Gebäudemodells oder der Anzahl der Gebäudepolygone, und mit einem Komplexitätsschwellwert Kmax in S3-6 verglichen. Unterschreitet die Komplexität K des vereinfachten Gebäudemodells 76 den Komplexitätsschwellwert Xmax, so ist das verein- fachte Gebäudemodell 76 zur Anwendung innerhalb einer Navigationsvorrichtung 10 geeignet. Überschreitet allerdings die Komplexität K des vereinfachten Gebäudemodells 76 den Komplexitätsschwellwert Kmax, so werden alle Gebäudefehlerschwellwerte dmax 74, die der einzelnen Aggregationscluster, der einzelnen Ursprungsgebäude 64 oder der globa- Ie Schwellwert des gesamten Gebäudemodells erhöht, das vereinfachte Gebäudemodell 76 wird verworfen und ein neues noch stärker vereinfachtes Gebäudemodell 76 erzeugt. Schließlich wird das vereinfachte Gebäudemodell 76 in Schritt S4 in einer Speichereinrichtung 12 einer Navigationsvorrichtung 10 abgespeichert und bei einer Routenführung entlang einer vorgeplanten Route einem Benutzer auf einer Anzeigeneinrichtung 28 dargestellt.
Die Fig. 14, 15, 16 und 17 stellen j eweils in Teilfiguren a die Anzeige einer Anzeigeeinrichtung 68 einer Navigationsvorrichtung 10 dar, bei der ein vereinfachtes Gebäudemodell 76 mittels eines aus dem Stand der Technik bekannten Vereinfachungsverfahrens erzeugt wurde. Die Teilfiguren b stellen das vereinfachte Gebäudemodell 76 nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Als Beispiel sind Straßeninformationen sowie beliebige dreidimensionale Gelände- und Städtemodelle verwendet worden, wobei die Navigationsvorrichtung 10 aufgrund der eingeschränkten Speicher- und Rechenkapazität die Ursprungsgebäude und -geländedaten nicht darstellen kann. Das 3D- Gelände- und Gebäudemodell kann unabhängig von Straßeninformationen vereinfacht werden. Bei dem 3D-Gebäudemodell nach den Teilfiguren b wurde beim Zusammenfassen von Gebäuden auf die Höheninformationen des 3D-Geländemodells geachtet, da die zusammengefassten Gebäude 68 an kritischen Stellen sonst fehlerhaft dargestellt wären. So scheinen beispielsweise in Fig. 14a aggregierte Gebäude 68 teilweise in der Luft zu stehen. In der Fig. 14a werden Gebäude unabhängig von dem Geländemodell aggregiert, so dass zwei große Gebäudeblöcke im Vordergrund aus mehreren Teilgebäuden zusammengefasst wurden und, aufgrund der Steigung im Terrain 60 und ihrer Ausmaße, die Gebäude nicht mehr in das Gelände eingepasst werden konnten, so dass diese horizontal auf einer ihrer Kanten zu stehen scheinen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Zusammenfassung der Gebäude an kritischen Stellen jedoch beschränkt, so dass keine Darstellungsfehler auftreten, wie in Fig. 14b dargestellt. In der Fig. 14b ist somit eine realistische Visuali- sierung der Gebäude 68 auf dem dreidimensionalen Geländemodell 60 dargestellt. An Stellen großer Höhendifferenz werden die Gebäude 64 nicht zu einem großen Gebäudeblock 68 zusammengefasst.
Die Fig. 15 bis 17 zeigen anlehnend an das Beispiel der Fig. 14 einmal Gebäudedarstellungen ohne (a) und (b) unter Anwendung eines Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur dreidimensionalen Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeeinrichtung (28) einer Navigationsvorrichtung (10), umfassend die Schritte: S l : Bereitstellung eines detaillierten dreidimensionalen Ursprungsgebäudemodells (62), insbesondere Städtemodells, und eines detaillierten dreidimensionalen Ursprungsgeländemodells (60) aus einer Ursprungsmodelldatenbank (42) einer Gebäudemodellerzeugungsvor- richtung (40), wobei das Ursprungsgebäudemodell (62) eine Menge einzelner Ursprungsgebäude (64) umfasst;
S2: Zuweisung zumindest einer Gebäudefehlervariable d (72) des Wertes d=0 zu zumindest einem, insbesondere allen Ursprungsgebäuden (64) durch die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung (40); S3 : Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells (76) durch die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung (40) durch Bestimmung von
Aggregationsclustern (66) von unmittelbar in räumlicher Nähe liegenden Gebäuden (64, 68) und Aggregation von zumindest zwei Gebäuden (64, 68) eines Aggregationsclusters (66) zur Bildung eines aggregierten Gebäudes (68), wobei ein Gebäudefehler (70) durch Vergleich von Gebäudedaten der Ursprungsgebäude (64) mit Gebäudedaten des aggregierten Gebäudes (68) ermittelt und die Gebäudefehlervariablen d (72) aktualisiert werden, so lange bis zumindest eine Gebäudefehlervariable d (72) des Gebäudes (68) zumindest einen vorbestimmbaren Gebäudefehlerschwellwert dmax (74) überschreitet; S4: Ablage des vereinfachten Gebäudemodells (76) der Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung (40) in einer Speichereinrichtung (12) der Navigationsvorrichtung (10);
S5 : Darstellung des vereinfachten Gebäudemodells (76) auf einer Anzeigeeinrichtung (28) der Navigationsvorrichtung (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schritte S l bis S3 zur Erzeugung eines vereinfachten Gebäudemodells (76) in einer externen Ge- bäudemodellerzeugungsvorrichtung (40) außerhalb der Navigationsvorrichtung ( 10) durchgeführt werden, und in Schritt S4 das verein- fachte Gebäudemodell (76) in einem Gebäudemodellspeicher (14) der
Speichereinrichtung (12) einer Navigationsvorrichtung (10) drahtlos oder drahtgebunden abgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schritte S l bis S3 von einer internen oder externen Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung (40) simultan zur Navigationsführung der Navigationsvorrichtung (10) für einen von einer Fahrzeugposition und Fahrzeugausrichtung abhängigen Ansichtsbereich des vereinfachten Gebäudemodells (76) durchgeführt werden, wobei im Fall einer externen Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung (40) eine drahtlose Kommunikationsverbindung (32), insbesondere eine GSM-, GPRS-, UMTS-, HSDPA-, WLAN-,
WiMax- oder Bluetooth-Kommunikationsverbindung (32), zwischen Navigationsvorrichtung (10) und externer Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung (40) zur Übertragung zumindest eines Teils des vereinfachten Gebäudemodells (76) genutzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Gebäudefehler (70) als ein absoluter oder relativer Gebäudefehlerwert (70) in Bezug auf eine Metrikdifferenz, insbesondere Höhendifferenz, Oberflächendifferenz, Volumendifferenz, verdeckte Volumendifferenz, sichtbare Volumendifferenz oder Ähnliches, zwischen Ursprungsgebäuden (64) oder Gebäuden (68) vor Aggregation und
Gebäuden (68) nach Aggregation berechnet wird, und insbesondere der Gebäudefehler (70) als gewichteter Fehler aus zumindest zwei verschiedenen Metrikdifferenzen berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Gebäudefeh- lerschwellwert dmax (74) weniger als 50 %, insbesondere weniger als 30 %, einer Abweichung vom Ursprungsgebäude (64) entspricht und/oder wobei eine Mehrzahl von Gebäudefehlerschwellwerten dmax (74), insbesondere ein Gebäudefehlerschwellwert rfmax (74), für jeden
Aggregationscluster (66) vorbestimmbar ist.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 5, wobei die Größe des Ge- bäudefehlerschwellwertes Jmax (74) eines Aggregationsclusters (66) mit zunehmender Entfernung von einer Fahrzeugposition zunimmt.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei nach Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells (76) ein Komplexitätswert K des vereinfachten Gebäudemodells (76) bestimmt wird, wobei bei Überschreitung eines vorbestimmbaren Komplexitätsschwellwertes Kmaχ zumindest der eine Gebäudefehlerschwellwert (imax (74) erhöht wird, und erneut ein vereinfachtes Gebäudemodell
(76) erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei vor Erzeugung des vereinfachten Gebäudemodells (76) zumindest einzelne Ursprungsgebäude (64) des Ursprungsgebäudemodells (62) durch einen Upsampling-Vorgang in kleinere Ursprungsgebäude (64) zur
Verfeinerung des Ursprungsgebäudemodells (62) unterteilt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei der Darstellung des vereinfachten Gebäudemodells (76) die ursprünglichen Wandhöhen außen liegender Ursprungsgebäude (64) eines ag- gregierten Gebäudes (68) im Wesentlichen unverändert dargestellt werden, und Gebäudedächer angepasst an die unterschiedlichen Außenwandhöhen des aggregierten Gebäudes (69) dargestellt werden.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bestimmung von Aggregationsclustern (66) durch ein Vereinfachungsverfahren, insbesondere durch ein Sortieren, Ordnen und Selektieren von Gebäuden (64, 68), oder durch ein Clusterverfahren, insbesondere ein hierarchisches oder ein partitionierendes Clusterverfahren, erfolgt.
1 1 . System zur Durchführung eines Darstellungsverfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend zumindest eine Navigationsvorrichtung (10) in einem Fahrzeug, eingerichtet zur Darstellung ei- nes dreidimensionalen Gebäudemodells (76), die zumindest eine
Speichereinrichtung (12) zur Speicherung eines vereinfachten Gebäudemodells (76) umfasst; und zumindest eine Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung (40), die zumindest eine Ursprungsmodelldatenbank (42) zur Speicherung eines Ursprungsgeländemodells (60) und eines Ursprungsgebäudemodells (62) umfasst, wobei die Gebäudemo- dellerzeugungsvorrichtung (40) eingerichtet ist, ein Verfahren nach den Schritten S l bis S3 durchzuführen, und die Navigationsvorrichtung (10) eingerichtet ist, ein Verfahren nach den Schritten S4 und S 5 durchzuführen.
12. System nach Anspruch 1 1 und Verfahrensanspruch 2 oder 3 , wobei die Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung (40) außerhalb der Navigationsvorrichtung (10) angeordnet ist, und die Daten des vereinfachten Gebäudemodells (76) über eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung (32), insbesondere eine USB-Verbindung, LAN-Verbindung oder Ähnliches, oder die Daten über eine drahtlose Kommunikations- verbindung (32), insbesondere GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, WLAN, WiMax, Bluetooth oder Ähnliches, von der Gebäudemodellerzeu- gungsvorrichtung (40) zur Navigationsvorrichtung (10) übertragen werden können.
13. System nach Anspruch 1 1 und nach einem der Verfahrensansprüche 2 oder 3 , wobei die interne Gebäudemodellerzeugungsvorrichtung (40) von der Navigationsvorrichtung (10) umfasst ist und insbesondere ausgelegt ist, die Daten zumindest eines Teils des vereinfachten Ge- bäudemodells (76) simultan zu erzeugen.
14. Computerprogrammprodukt zur dreidimensionalen Darstellung von Gebäuden auf einer grafischen Anzeigeeinrichtung (28) einer Navigationsvorrichtung (40), wobei das Computerprogrammprodukt Computerprogrammanweisungen auf einem computerlesbaren Programm- speichermedium, insbesondere einer Festplatte, CD-ROM, Diskette, einem Flash-Speicher oder Ähnlichem, umfasst, und die Computerprogrammanweisungen zumindest einen Computer zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Verfahrensansprüche veranlasst, wenn die Anweisungen von dem Computer gelesen und ausgeführt werden.
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