CN102183262B - 个人化和情境感应的3d路线引导 - Google Patents

Abstract

本发明涉及个人化和情境感应的3D路线引导。一种包括确定车辆路线的用于显示导航地图的方法。接收三维数据。该数据相关于设置在地理区域内的建筑物。该地理区域包括车辆的路线。以第一非透明视觉样式呈现数据中邻近于路线中的至少一个街道的至少一个建筑物。以至少一种第二视觉样式呈现数据中的所有不邻近于路线中的至少一个街道的建筑物，该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。

Description

个人化和情境感应的3D路线引导

技术领域

本发明涉及电子导航地图，并且尤其涉及呈现电子导航地图的图像。

背景技术

导航地图对于来到陌生城市的访问者而言是重要的资源，因为这些地图在视觉上突出了包括建筑物、自然风貌、以及诸如博物馆、饭店、公园以及购物区等的兴趣点的地标。虽然大多数车载或者便携式的导航设备(PND)依靠二维导航地图来以二维方式对这些地标进行视觉化，三维的车载导航系统正在兴起。

利用3D地图进行导航具有许多优势。例如，3D地图相比2D地图可以提供更好的驾驶员定向，因为人们生活在3D的世界中。3D地图还可以改进地标识别，这是因为3D建筑物/地标的重要特征(例如几何、建筑物、纹理)能够被完全的披露，因此对于使用者来说，将这些特征与他透过挡风玻璃的所见匹配起来会简单许多。但是，在导航地图中引入3D也带来了典型的3D遮挡问题，会对用于导航的路线引导的可视性造成负面的影响。图1显示了一幅典型的2D导航地图，其中可以例如以有颜色的线来清楚地显示路线30。但是，在图2所示的3D导航地图例子中，在3D导航地图中路线引导很明显地受到遮挡，因为在这个城市场景中，需要呈现(rendering)高密度的3D建筑物。例如，建筑物32可能会遮挡或阻挡用户关于图2中用黑线表示的路线34的视线。

已经有一些方法用于在3D地图中降低遮挡效应。例如，典型的解决方案是从鸟瞰视角、或者离地很远的视点来使路线引导可视化。但是上述视点并不是大多数驾驶员感到舒适的视点，而且3D建筑物的细节并不能被清晰地看见来进行识别-其本质上是将3D降至2D并且失去了大量3D导航相对于2D导航的优势。另一种方法是将一些建筑物(尤其是那些最接近于观察者的建筑物)呈现为透明的。例如，图2中的建筑物36被呈现为透明的，使得位于建筑物36后的路线34可以被看见。但是，显然在图2中，这种方法会导致观察者在理解什么是路线、什么是建筑物以及路线与建筑物之间的相互关系位置上造成视觉混乱。此外，该建筑物透明化的方法可能无法向驾驶员提供清晰的路线引导。

现有技术中既没有公开也没有给出启示来提供一种能够克服上述问题和缺陷的在导航地图上呈现3D地标和其他3D对象的方法。

发明内容

本发明提供一种克服现存3D路线引导方法中的问题的个人化和情景感应3D路线引导方法。

本发明包括(在其一种形式中)，一种用于显示导航地图的包括确定车辆路线的方法。路线包括至少一段车辆行驶的街道路段。接收三维数据。数据与设置在地理区域内的对象相关。地理区域包括车辆的路线。以第一非透明视觉渲染呈现邻近于路线的至少一个街道路段的数据中的至少一个对象。以至少一种第二视觉样式呈现不邻近于路线的每个街道路段的数据中的所有对象，该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。

本发明包括(在其另一种形式中)，一种用于显示包括导航地图的包括确定车辆路线的方法。接收相关于设置在某一地理区域内的对象的三维数据。该地理区域包括车辆行驶路线。接收来自用户的关于对象类别的选择。以第一非透明视觉样式呈现至少一个对象，其在路线的某一距离阈值内并在选择的类别内。以至少一种第二视觉样式呈现所有对象，所述所有对象在路线的某一距离阈值之外或者不在选择的类别内。该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。

本发明包括(在其再一种形式中)，一种用于显示导航地图的包括确定车辆路线的方法。接收相关于设置在某一地理区域内的对象的三维数据。该地理区域包括车辆行驶路线。接收来自用户的关于对象类别的选择。以第一非透明视觉样式呈现对象组的一部分。对象组内的所有对象均在路线的某一距离阈值内并在选择的类别内。根据用户设定的定量参数自动选择出该一部分中的对象。以至少一种第二视觉样式呈现对象组的该一部分对象以外的对象，该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。

本发明的一个优点在于显著提高3D导航显示中的路线的视觉清晰度，从而改善用户的体验。

本发明的另一个优点在于，在以非照片写实样式(nonphotorealisticstyle)绘示沿线的3D地标以及建筑物的实施例中，能够通过避免“真实级匹配”来减少用户的认知负荷。也就是说，当使用照片写实3D地图时，用户趋向于将所呈现的3D对象的所有细节与那些在现实世界中的细节相匹配，这是因为照片写实3D地图提高了用户对照片写实的期望。基于照片写实的程度，用户可能会花费比较长的时间来将所有细节匹配(照片写实匹配)。相反，当至少部分地标或者建筑物采用非照片写实样式绘示的时候，用户会避免“照片写实匹配”。

附图说明

通过结合附图参考本发明实施例的以下描述，本发明的上述和其他特征和目的、以及实现它们的方式将变得更加明显，且本发明本身将会被更好地理解，在附图中：

图1显示了现有技术中2D导航地图上显示的路线引导。

图2显示了现有技术中3D导航地图上被部分遮挡的路线引导。

图3a是根据本发明的方法生成的NPR3D地图呈现的一个实施例。

图3b是根据本发明的方法生成的NPR3D地图呈现的另一实施例。

图4显示了根据原始二维纹理增强的不同的NPR样式。

图5是本发明3D地图呈现设备的一个实施例的框图。

图6是一可伸缩的实时3D动画的卡通样式呈现技术的实施例，其适用于至少一部分本发明的3D地图呈现方法的实例。

图7是笔墨样式呈现的实施例，其适用于至少一部分本发明的3D地图呈现方法的实例。

图8是素描呈现的实施例，其适用于至少一部分本发明的3D地图呈现方法的实例。

图9是卡通样式呈现的实施例，其适用于至少一部分本发明的3D地图呈现方法的实例。

图10是本发明用于显示导航地图的方法的流程图的一个实施例。

图11是本发明用于显示导航地图的方法的流程图的另一个实施例。

图12是本发明用于显示导航地图的方法的流程图的又一个实施例。

在多个图中对应的标记特征指示对应的部分。虽然在本文中阐述的示例以多个形式说明了本发明的实施例，但在下面公开的实施例并不意在是穷尽的，也不应被理解为要将本发明的范围限制到所公开的确切形式。

具体实施方式

本发明提供一种利用NPR3D地图的3D导航方法，其包括使导航地图中的3D对象按样式化可视。显示在3D导航地图中的3D对象包括建筑物、地标、POI、危险地点、以及道路。基于不同方式生成的3D对象数据生成NPR3D地图。该3D数据由数据提供者以仅适用于照片写实呈现(例如，多边形面具有照片写实纹理)的格式提供。在这种情况下，这些数据被增强用于NPR呈现。

为了避免遮挡问题，本发明以情景感应(context-sensitive)方式描述沿着路线的3D对象，该方式为用户提供更高级的相关于3D对象的路线位置的导航。沿着路线的这些3D对象(例如，建筑物或地标)的可视化样式可以变为将路线突出，或者使路线可视化至一更高的程度。该方法可以在所有种类的3D导航系统中以多种变化轻易地实施。外观(例如，色调，照明和阴影效果，3D对象的轮廓，类似非照片写实之类的呈现样式)可以以一致的方式进行变化，从而使显示的路线位置更加清晰可见。作为这种增强的可视化效果的主体的3D对象既可以被选择为仅位于路线某一边(例如，旅行者的左手边或右手边，或者相对于观察者路线的远侧)，也可以被选择为位于路线的两边。根据本发明提供增强可视化效果给路线边的3D对象在这里描述为“突出”。

本发明的情景感应3D路线引导方法也可以被个人化。用户可以指定突出路线边的某种类别或种类的3D建筑物，从而更好地传达路线信息。根据用户的兴趣，突出的建筑物可以仅为饭店，仅为宾馆，仅为高度或宽度高于一特定阈值的路线边的建筑物，仅具有在夜里发光的标志牌的建筑物，或者其他类别或种类的建筑物。用户也可以指定多种不同类别的3D建筑物的组合来进行突出。例如，用户可以指定路线边的仅宽度大于100英尺的非住宅类建筑物来进行突出。

总体上，系统也允许驾驶员选择这些3D对象的可视化的密度来突出该路线。例如，用户可以指定沿着路线的每个街区仅有一个建筑物被突出显示。在另一实施例中，用户可以根据类别禁用所有的建筑物选择，并指定每个街区的仅单个最显著的建筑物被突出显示。可以根据尺寸和/或著名程度的一些测量值来决定建筑物的显著程度，这些参数的值可以设置在存储器的查询表中。在选择密度的过程中，用户可以指定每个街区突出显示的建筑物的数量，其中该数量大于一。或者，用户可以指定每选择数目的街区仅有一个建筑物被突出显示(例如，用户可以指定四个相邻街区的任何组中只有一个建筑物被突出显示)。

在另一实施例中，用户可以将突出显示的建筑物的选择与突出的密度规则结合起来。例如，用户可以要求仅突出显示具有零售店租户的建筑物，且每个街区仅突出显示至多三个这类建筑物。如果满足标准的建筑物的数量大于被指定的最大值，则根据显著程度在最大值以内由系统选择要包括的建筑物。

图3a和3b是如何使用本发明来对非照片写实3D地图的3D地标的外观进行增强或突出显示的两个示例。即，在图3a和3b中，在非照片写实3D地图系统中，建筑物以非照片写实样式呈现。在图3a和3b中，3D地标分别以两种不同的样式呈现。

图4显示从原始2D纹理可以增强的不同的NPR样式。NPR纹理增强可以被定义为将原始地标数据中的原始照片写实纹理作为输入，并将其转换为具有不同的NPR样式的纹理。可以运用多种标准图像处理技术来完成这个任务。第三方图像处理软件(例如)也可以用于该目的。

在图5中，显示了本发明的与诸如汽车之类的车辆相关联的3D地图呈现设备10的一个实施例。即，设备10可以以车载方式安装。

设备10包括3D地图数据源12，3D地图呈现引擎14，以及用户接口16。3D地图数据源12可以采用压缩碟(CD)的形式或者其他存储装置的形式。可选择地，3D地图数据可以采用无线传输由中心发射器(未示出)发送至大量车辆，每个车辆都具有相应的3D地图呈现设备10。引擎14接收这种无线传输。

3D地图数据源12也包括全球定位系统(GPS)模块(未示出)，用于实时确定车辆的全球位置坐标。基于车辆当前位置，识别车辆内人员感兴趣的相关3D地图数据并将其提供给引擎14。至少部分3D地图数据在视觉样式上是具有照片写实的。

3D地图呈现引擎14包括将来自源12的3D地图数据转换成图像数据的标准电子处理器。在呈现过程中，引擎14基于用户提供的标准，在数据中选择特定的3D对象，并以突出示或增强呈现样式呈现该选择的3D对象，如上所述。在一个实施例中，至少部分突出显示图像数据可以是各种的非照片写实样式，例如卡通形式呈现，素描，笔墨画，油画效果，以及其他绘画样式。非照片写实呈现可以描绘对象的表面以及对象上有区别性或公知的特征。

图6-9显示在现有技术中尚未应用到导航领域的各种NPR样式。图6-9中的样式中的每个样式都适合于与本发明的NPR3D地图呈现方法结合使用。具体地，图6显示用于可伸缩的实时3D动画的卡通类样式呈现技术；图7显示笔墨画呈现；图8显示实时素描呈现；图9显示了卡通样式NPR3D地图，其是可以通过本发明呈现的NPR3D地图的示例。

在一个实施例中，用户可以调整图9中描绘的视角至任意视角或地平线以及地平线之上的任意位置。例如，用户可以从沿着围绕任何或所有建筑物的360度圆弧中的几乎无限的视角数目中进行选择。更进一步的是，用户可以沿着垂直平面选择任意向下的视角。

用户接口16可以设置在车辆的仪表板上，并包括显示屏18以及控制设备20。显示屏18包括处理器以及存储器，用于控制被显示在显示屏或监视器上的信息或内容。总的来说，显示屏18可以表现或描绘接收自引擎14的3D图像数据。

控制设备20可以采用拨盘，旋钮，按钮组，操纵杆，麦克风，或者任意以上形式的组合。用户可以使用控制设备20向引擎14提供反馈22。反馈22指示引擎14生成另一组图像数据(例如描述另一场景，对象或对象组的图像)。可选择的是，反馈22指示引擎14改变当前正在观看某组图像数据的视角。视角的变化范围为从环境的空中鸟瞰视角至从地平线或街道标高观看建筑物、或者其他地标的视角。

图10说明了用于显示导航地图的本发明的方法1000的实施例。在第一步骤1002中，确定出车辆的路线。所述路线具有车辆行驶的至少一个街道路段(streetsegment)。例如，图5所示设备包括导航系统，该系统自动地且连续地更新从车辆当前位置到期望目的地的最优路径或路线。与图5所示设备相关联的GPS或者其他位置确定设备能够确定并连续地更新车辆的以全球坐标表示的当前位置。用户将期望的目的地输入系统，系统自动地确定出沿着可行街道的从当前位置到目的地位置最短的和/或最快的路线。该路线遵循在路线中包括的每个街道的路段，其中路段可以是整条街道的长度或者仅仅是整条街道的长度的一部分。

在下一步骤1004中，接收与在地理区域中设置的对象相关的三维数据。该地理区域包括车辆的路线。例如，基于在步骤1002中确定的车辆路线，与车辆路线周围地理区域相关的地图数据可以从存储设备(例如CD)中获得。可选择的是，与车辆路线周围地理区域相关的地图数据可以从地图数据中央库无线接收。无论如何接收，地图数据可以包括描述车辆路线周围地理区域内的建筑物的形状、尺寸、颜色和窗户、自然地标以及其他3D对象的3D数据。地图数据也可以包括建筑物或其他3D对象的种类或类别。地图数据也可以包括例如建筑物内的租户种类、光照特性等其他种类的信息。

接收三维数据的步骤进一步包括在可用数据不是三维格式的情况下，构建三维数据。例如，部分3D导航系统只有重要建筑物的完整3D信息。其他建筑物可能用2D投影加特征信息(例如建筑物高度)来表示。其结果是，其并非严格意义上的3D数据，而是类似于2D或2.5D的数据。对于这种数据，根据本发明的3D地图呈现引擎首先需要为每个建筑物恢复或重建3D几何然后再将其进行呈现。在本文中使用了“接收三维数据”或类似的语言，应该理解的是，这种语言描述包括从2D数据、2.5D数据、或者其他提供的非严格意义上的3D的数据进行的恢复、构建、或重新构建3D数据。

然后，在步骤1006中，以第一非透明视觉样式对数据中的至少一个对象进行呈现，该至少一个对象邻近于路线的至少一个街道路段。图6-9显示了以非照片写实样式呈现的图像的示例。其他非透明视觉样式可以包括：

1、以唯一的或特定的色调来呈现特定的3D对象，例如：

a、利用黄色来突出或其他颜色或颜色的混合来突出；

b、对象采用实际颜色，而以灰度或黑白来呈现其他对象；

2、以唯一的或特定的光照效果来呈现特定的3D对象，例如：

a、地面光照(例如，从地平线向上射出的光照效果)

b、复制实际建筑物上的光源的实际设置；

c、复制建筑物上的发光标志牌；

d、对建筑物的窗户进行光照。

3、阴影效果例如：

a、对象的各个表面被投阴影为仿佛通过天空中的具特定位置的太阳和/或月亮实际地投下阴影的表面。该特定太阳/月亮位置可以依观察者为参照(例如，从观察者顺时针旋转45度)或者以对象为参照(例如，直接位于对象之上)。阴影也可以取决于太阳/月亮的实际的实时位置，该位置取决于一天中的时间，日期，以及对象或车辆的地理坐标。

b、阴影也可以位于对象的周围表面之上，例如地面和/或其他附近对象的表面；

c、例如，阴影可以用灰度或交叉影线来描述；

4、3D对象的轮廓，其中：

a、对象的轮廓可以采用比呈现其他对象的线更宽的线。

b、轮廓可以采用不同于其他对象颜色的颜色。

c、轮廓具有突出效果，例如荧光黄或绿。

在最终步骤1008中，数据中的所有不邻近于路线的每个街道路段的对象以至少一种第二视觉样式进行呈现。该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。即，所有不邻近路线上的街道路段的对象以非增强或非突出的样式呈现，从而观察者可以从视觉上将这些对象与邻近于路线中街道路段的突出对象区分开。通常，这种未突出的对象以比较不显著的或未增强的样式进行呈现，例如照片图形(photographic)，黑白线绘制，灰度的，或者例如具有在轮廓左空白处内的空间的轮廓。

方法1000还可以实现邻近于路线上的街道路段的某些对象以至少一种第二视觉样式进行呈现。例如，邻近于路线上的街道路段但却并不属于用户选择的突出种类(例如，饭店，宾馆等)的某些对象也可以以更加普通的、比较不显著的样式进行呈现。在一个实施例中，由引擎14呈现的所有对象的图像显示在用户接口16的显示屏18上。

图11描述了用于显示导航地图的本发明的方法1100的另一实施例。在第一步骤1102中，确定了车辆的路线。在下一步骤1104，接收相关于设置在某一地理区域内的对象的三维数据。该地理区域包括了车辆的路线。

然后，在步骤1106中，接收来自用户关于对象类别的选择。例如，用户选择“快餐店”类别。

然后，在步骤1108中，以第一非透明视觉样式呈现数据中的至少一个对象，其在路线的阈值距离呢，并属于被选择的类别。例如，可以以诸如上述非照片写实样式或其他非透明视觉样式之一之类的第一非透明视觉样式，呈现在诸如距离车辆路线四个街区或半英里之类的阈值距离内的每个识别出的快餐店。用户可以通过例如菜单或命令的方式来设置该距离阈值。

在最终步骤1110中，以至少一种第二视觉样式对数据中的距离路线超过距离阈值或不在选择种类之内的所有对象数据进行呈现。该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。接着上面的示例，所有距离路线超过四个街区或半英里的对象，以及所有不是快餐店的对象，以非增强或非突出样式呈现，因此观察者能够从视觉上将这些对象与距离路线四个街区或半英里以内的突出的快餐店进行区分。

图12描述了用于显示导航地图的本发明的方法1200的另一实施例。在步骤1202中，确定了车辆的路线。在下一步骤1204中，接收相关于设置在某一地理区域内的对象的三维数据。该地理区域包括了车辆的路线。

然后，在步骤1206中，接收来自用户关于对象类别的选择。例如，用户选择“美国国家地标”类别，其可以包括美国国家历史地标和/或美国国家自然地标。

然后，在步骤1208中，以第一非透明视觉样式呈现对象组的一个子集。该组的每个对象在路线的阈值距离内并属于被选择的类别。根据用户提供的定量参数在子集中自动选择对象。例如，可以认为每个到车辆路线的距离在诸如八个街区或一英里之类的阈值距离以内的被识别的美国国家地标在对象组内。用户可以设定定量参数，例如每显示屏内或路线的每单位长度(例如每英里)内，以第一非透明视觉样式呈现最大数量的对象组内的对象。可以根据定量参数来选择对象组子集的成员。例如，用户可以指定在任何到路线的距离为两英里跨度的范围内，以第一非透明视觉样式呈现的美国国家地标不能超过三个。如果在任何到路线的距离为两英里跨度的范围内有超过三个美国国家地标，那么将根据美国国家地标的重要程度次序，选择其中三个构成子集并对其进行增强呈现或“突出”，该重要程度可以从查询表获得。可选择的是，可以根据某些客观标准选择该三个对象，例如大小和/或年代。用户可以通过例如菜单或命令来设定子集中对象的最大数目。

在最终步骤1210中，以至少一种第二视觉样式对对象组子集之外的对象进行呈现。该至少一种第二视觉样式不同于第一非透明视觉样式。接着上面的示例，子集包括的该三个对象以外的其他对象以非增强或非突出样式呈现，从而观察者能够从视觉上将其与在子集中包括的所述三个突出的美国国家地标进行区分。

虽然在上文中将本发明描述为具有示例性的设计，但也可以在本公开的精神和范围内对本发明进行进一步的修改。因此，本申请意在涵盖使用本发明的总体主旨的本发明的任何变更、用途或修改。

Claims (13)

1.一种用于显示导航地图的方法，其包括以下步骤：

确定车辆的路线，所述路线包括所述车辆行驶于的至少一个街道路段；

接收与设置在地理区域内的对象相关的三维数据，所述地理区域包括所述车辆的路线；

以第一非透明视觉样式呈现所述数据中的所述对象中与所述路线的至少一个所述街道路段相邻的至少一个对象，其中至少部分基于由用户提供的定量参数，自动选择以所述第一非透明视觉样式呈现的所述至少一个对象，所述定量参数是沿着所述路线与所述车辆的位置无关的要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述至少一个对象的固定的定量参数；以及

在用户接口的显示屏上以至少一种第二视觉样式呈现所述数据中的所述对象中与所述路线的每一个所述街道路段不相邻的所有对象，所述至少一种第二视觉样式不同于所述第一非透明视觉样式。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述对象包括建筑物。

3.根据权利要求2所述的方法，其中以所述第一非透明视觉样式呈现至少一个但又少于所有的与至少一个所述街道路段相邻的建筑物。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一非透明视觉样式的特征在于以下各项中的至少一项：

非照片图形样式、区别性的色调、光照效果、阴影效果、和区别性的对象轮廓。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二视觉样式的特征在于以下各项中的至少一项：

照片图形样式，黑白线绘图、和灰度绘图。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述定量参数包括以下各项之一：

要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的固定百分比；

要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的最大百分比；

在所述路线的每单位长度上，要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的固定数目；以及

在所述路线的每单位长度上，要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的最大数目。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：

在所述车辆内的显示屏上显示包括以所述第一非透明视觉样式和所述第二视觉样式呈现的对象的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所显示的图像中的路线的视图被所述对象中的至少一个对象部分地遮挡。

9.一种用于显示导航地图的方法，其包括以下步骤：

确定车辆的路线；

接收与设置在地理区域内的对象相关的三维数据，所述地理区域包括所述车辆的路线；

从用户接收对所述对象的类别的选择；

以第一非透明视觉样式呈现所述对象的组的子集，所述对象的组内的每个对象均在所述路线的阈值距离之内且在所选择的类别内，基于由用户提供的定量参数自动选择所述子集内的对象；

以至少一种第二视觉样式呈现所述对象的组的子集外的对象，所述至少一种第二视觉样式不同于所述第一非透明视觉样式。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述定量参数包括以下各项之一：

要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的固定百分比；

要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的最大百分比；

在所述路线的每单位长度上，要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的固定数目；以及

在所述路线的每单位长度上，要以所述第一非透明视觉样式呈现的所述对象的最大数目。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述阈值距离包括邻近于在所述路线中包括的街道路段。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一非透明视觉样式的特征在于以下各项中的至少一项：

非照片图形样式、区别性的色调、光照效果、阴影效果、和区别性的对象轮廓。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括如下步骤：

在所述车辆内的显示屏上显示包括以所述第一非透明视觉样式和所述第二视觉样式呈现的对象的图像，其中所显示的图像中的路线的视图被所述对象中的至少一个对象部分地遮挡。