专利名称：从数字地图显示高程信息的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从数字地图产生显示的设备和方法，所述显示包括高程信息的表 示。本发明尤其适用于导航装置(包括便携式导航琴置(所谓的PND))，但可用在用于 从数字地图信息产生显示的任一类型的处理装置中。
背景技术：
己知用于在由电子地图产生的显示中逭染高程信息的两种方法，即(i)表示相同 高程的点的等值线(也被称为等高线)；以及(ii)用以表示高程信息的地图色彩的着色。
虽然等值线可提供高程的准确表示，但等值线可使地图显示混杂且对于所有用户并非都 是直观的。地图混杂可为当在相对小的电子显示装置上显示地图时或当还需要显示例如 导航和位置信息等其它地图信息时的特定问题。着色可提供对高程信息的较直观的表示 而不会使显示混杂。如本文中所使用，术语"着色"意指使地图色彩加深和/或变浅，类 似于正着色或负着色。
参看图1，用于着色的常规技术为将着色作为地图色彩的静态特征包括于数字地图
中。通过处理包括高程数据的地图源信息10以将着色创建为数字地图12中的背景色彩 内的静态模板而产生数字地图12。为显示数字地图12，渲染过程14用于以由显示缩放 比例输入16表示的所要显示缩放比例产生包括固定高程着色模板的图像18。
在设计本发明时，已了解上述技术在适于以不同观看縮放比例或縮放水平来显示地 图的能力方面缺少很多精细性。着色固定为数字地图12的部分且并非适应性的。着色 图案也取决于在形成数字地图12时所使用的特定着色技术。不同着色技术基于相同高 程数据形成不同着色图案。虽然特定着色技术可适于以特定显示縮放比例显示地图，但 以其它显示缩放比例产生显示可要求对着色图案的内插或平均化。此可形成高程着色的 严重不准确性。举例来说，随着显示縮放比例变化，立视图中的山峰和山谷可因平均化 或内插不准确性而看似改变了形状和位置。
已谨记上述问题而设计本发明
发明内容
为实现此目的，本发明的目前优选的实施例提供一种渲染从数字地图信息产生的显 示图像的方法。所述方法包括以下步骤 从所述数字地图信息确定高程信息； 确定所述显示图像的显示縮放比例信息；以及 确定应用于所述显示图像中的像素的着色值，和
将所述着色值应用于所述显示图像中的相应像素，以产生通过像素着色来表示高程 信息的显示。
所述着色值作为所述高程信息和所述显示縮放比例信息的函数而变化，借此产生所 述显示以通过随显示縮放比例而变化的像素着色来表示高程信息。
本发明的特征和优势包括(i)以与正使用的显示縮放比例相关的高程着色来动态 地渲染地像的能力；(ii)随着显示縮放比例在两个极端之间变化而平滑地变化高程 着色的能力；以及(iii)避免现有技术中所使用的单一固定着色图案的问题。
下文将以说明性实例的方式参考附图来描述本发明的教示的各个方面和包含那些 教示的布置，附图中-
图1为在形成数字地图期间着色的常规应用的示意性说明；
图2为本发明的优选实施例中的处理的示意性说明，其使用动态处理以使用显示縮
放比例信息来渲染地图显示；
图3为优选实施例的着色算法中所使用的加权函数的示意性说明；
图4为优选实施例的着色算法中所使用的次加权函数的示意性说明；
图5a到图5f为以不同显示縮放比例的经渲染的地像的截屏的示意性说明，从
图5a到图5f其显示縮放比例减小(拉远高度增加)； 图6为PND的示意性透视图7为用于车辆中的用途的PND的示意性透视图；以及 图8为基于网络的地图显示系统的示意性框图。
具体实施例方式
现参考用于使用数字地图来产生显示的任一系统来描述本发明的优选实施例。所述 系统可包含自主装置，例如，便携式导航装置、便携式地图观看器、包括定位系统的装 置(例如，基于卫星的定位系统，例如全球定位系统(GPS))、便携式数字助理(PDA)、便携式计算机或非便携式计算机。或者，所述系统可包含存储数字地图的服务器和远程 终端或计算机，所述远程终端或计算机经配置以基于在例如因特网或内联网等一个或一 个以上网络上从所述服务器接收的信息来产生数字地图的显示。高程信息的提供尤其有 用的一个应用为用于步行和徒步旅行导航装置或系统。
图2示意性地说明用于在优选实施例中产生包括高程着色的地图显示的技术。数字 地图20包括高程信息20a，其指示在数字地图20中的不同点处的高程。数字地图20可 为存储于任一合适存储媒体(例如但不限于，光学存储媒体、非易失性电子存储器、易 失性电子存储器、磁性存储媒体或磁光存储媒体)中的地图信息的数据库。高程信息20a 可表示值的栅格(点的矩阵)。存储数据的方式并不造成差异。作为实例，地球表面可 被划分成3"纬度和3"经度的一些小片。这意味着数据矩阵中的两个邻近点之间的垂直距 离将为3"(考虑到讳度的一度的长度几乎相同而与位置无关，其为约卯m)。水平距离 也将为3"(在此情况下，以米计的值将取决于纬度)。
地图渲染模块22基于以下信息而动态地渲染显示图像24: (i)从数字地图20接收 的地图信息26; (ii)也从数字地图20接收的高程信息26a;以及(iii)指示图像24的 显示縮放比例(即，地像向地图拉近或从地图拉远的程度)的显示縮放比例信息28。 在一种形式中，显示縮放比例由地图上方的象征性观看(或拉远)高度值"z"表示。 相对大的显示縮放比例由z的相应小值表示，且相对小的显示縮放比例由z的相应大值 表示。地图渲染模块22可包含专用的图形处理器电路和/或由通用处理器执行的渲染软 件。
地图渲染模块22经配置以通过应用着色算法来渲染地图，所述着色算法使地图色 彩加深和/或变浅以在地像24中表示高程。输出将由应用于屏幕上的每一像素的着 色的百分比表示。屏幕通常由像素矩阵表示，所述像素矩阵给出屏幕的分辨率。每一像 素具有与(在此情况下)其表示的地貌的形式相关联的色彩(例如，用于草原、森林、 建筑区等的不同色彩)，如由地图信息26表示。术语"着色百分比"为色彩应加深或变 浅(加白)的程度的指示。负着色百分比使色彩较接近白色，且正着色百分比使色彩较 接近黑色。着色算法是以下信息的函数(i)来自数字地图20的高程信息20a/26a;以 及(ii)显示縮放比例信息28。着色算法经配置以作为显示縮放比例信息的变化函数基 于相同高程信息而使着色式样变化。换句话说，随着显示縮放比例变化，不仅着色的放 大率变化，而且着色的式样也变化。此使得着色的式样能够适于图像24的显示縮放比 例。
在解释全面的着色算法之前，说明着色的两种不同式样如何产生适用于不同显示縮放比例的不同着色图案是有用的。
第一着色式样为在图像中应用取决于个别点的绝对高程的着色。在图5f中说明主要 使用此式样而产生的典型着色图案。较深图像着色表示较高高程的点。举例来说，由暗 度着色的局部最大值的区指示山峰30,而由暗度的局部最小值(亮度的局部最大值)的 区指示山谷32。此第一类型的着色式样适用于相对小的显示縮放比例(较高程度地从地 图拉远)，其中，可能在地像中的紧密接近处存在绝对高程的显著改变。第一着色 式样较不适用于相对大的显示縮放比例(向地图拉近)，其中，高程在整个显示图像上 可能大体上相同，进而导致混淆局部地貌特征的几乎恒定的着色。
非常不同的第二着色式样是基于高程斜度，即，显示图像中的在特定取样方向(例 如，从西北到东南)上取得的邻近点之间的高程差。以一种类型的着色(例如，以较浅 色彩34)渲染负斜度，且以另一类型的着色(例如，较深色彩36)渲染正斜度。斜度 越陡，所使用的色彩越浅或相应越深。在图5a中说明主要使用此式样而产生的典型着 色图案。此第二着色式样适用于较大的显示縮放比例(向地图拉近)，其对局部地貌细 节更具响应性(虽然绝对高程可能仅极少地改变)，且可产生用于大显示縮放比例的直 观着色。然而，第二着色式样技术较不适用于小显示縮放比例，其中计算斜度所基于的 两个显示点可在地理上为遥远，且因此计算这些点之间的斜度可能不提供有用信息。举 例来说，如果两个显示点处于约相同高程，但在山峰的相对侧，则使用第二技术将不会 通过任何着色来表示山峰，因为在两个显示点处的高程之间存在极小的差异，且可容易 丢失重要的高程特征。
在本发明实施例中，着色算法优选组合第一和第二不同着色函数或式样，其各由相 应系数加权，所述系数指示每一着色函数作为着色算法的分量的贡献的相应强度。优选 地，所述系数作为显示縮放比例信息28 (例如，拉远高度"z")的函数而变化。更优选 地，所述系数作为显示縮放比例信息的大体上连续的函数而变化。当使用两个着色函数 时，可使用单一系数/W，其中/^取零与1之间的值(/(%)e
)，其中/fe)表示一个着 色函数的权数，且1-/^)表示另一着色函数的权数。
系数/ 可作为显示縮放比例"z"的函数而线性地变化。然而，参看图3，优选地， /"作为显示缩放比例的函数而在两个极限之间渐近地变化。以大显示縮放比例和中等显 示縮放比例(远离地图的小"拉远"水平"z"和中等"拉远"水平"z")，主要着色函 数为基于斜度的着色函数(第二着色函数)，且以小显示縮放比例(高"拉远"水平"z")， 主要着色函数为基于绝对高程的函数(第一着色函数)。值/在第一情况下较大且在第二 情况下较小。在优选实施例中，且使用以下变量:
-fl高程斜度的角度，
-A当前高度(高程)和
-Z拉远水平(显示縮放比例)，
着色百分比^将由以下函数给出
",(si剩)
或以较明确的形式
其中/e
(加权因子)为取区间o...l中的值的縮放水平的函数，P—"")为斜
度相依的着色百分比函数(上文涉及的第二着色函数)，且^"—(W为绝对高度相依的着 色百分比函数(上文涉及的第一着色函数)。
如图3中所说明，函数/fe)优选经选择以由含两个贝兹(Bezier)样条曲线的序列构 成。支持此方法的主要理念在于使用在z接近A时"几乎"渐近于0且在z接近E时"几 乎"渐近于1的函数。我们可在此情况下将A中的缩放值z看作在此情况下考虑的最低 缩放水平且将E中的值看作最高縮放水平。选择含两个贝兹样条(见ABC和CDE)的 序列可实现针对高达损益平衡点C的演进和此后的演进来选择不同收敛速率的自由度。 此类型的演进和所选择的解决方案给予所述解决方案在两个标准之间的最佳转变是至 关重要的。控制点A、 B、 C、 D、 E可经调谐以实现两个着色标准之间的最佳转变。
可通过使用以下公式来计算上文所呈现的两个着色百分比函数
<formula>formula see original document page 10</formula> ，其中、ax为海拔的常规最大值，和
<formula>formula see original document page 10</formula>主公式还包括用于"调谐"组合的着色效果的两个次酉(sub-unitary)加权函数或
次要加权函数。『"sin("))分量为试图使斜度的高度值衰减的次酉加权函数且具有递减
的双曲线图形，所述双曲线图形在sin(")接近1时"几乎"渐近地接近最小值(如图4
中所说明)。^^^)具有相同类型的演进，但此次是随着/z接近海拔的常规最大值。应注
意，『2(W也取决于海拔/z,但相对于^一"W的主要差异在于，在此情况下，高度仅 用于强调相对于海拔的全局计算的百分比尸以给出山体外形(missive)的整体视图，但 其并不改变渲染的性质(着色百分比的正负号并不改变)。在相同海拔处，具有相同斜 度的两个像素将具有相同着色百分比。唯一的差异在于，相同斜度在较高海拔处比在平 原中更可见。这些次要加权函数提供对显示中的图形效果的有用调谐，但在优选的情况 下可忽略。
图5说明针对不同拉远水平的一定范围的截屏以说明所述方法工作的方式。所述截 屏展示着色算法如何针对阿尔卑斯山脉(在意大利的Alagna Valssesia周围)中的一区域 从中等縮放水平开始到较高縮放水平而工作。拉远水平为图5a， z = 372 (加权系数 /(^ =0);图5b， z=561 (加权系数/f^=0.091);图5c， z=846 (加权系数"z戶0.201 );图 5d， z=1134 (加权系数昨戶0.355);图5e， z=1520 (加权系数/「"=0.595);以及图5f， z=3073 (加权系数《z) = 0.743)。基于斜度的着色是从西北到东南进行。在图5中，可 看到，随着拉远水平增加(从大显示縮放比例移动到小显示缩放比例)，显示如何从 一种类型的着色式样渲染转换到另一类型的着色式样渲染。负的较浅斜度变深，但整个 图像继续给出地貌的准确图像。关于图3，可使用缩放水平阈值的以下值
-A点(开始转变)-2 = 500，
-C点(损益平衡点)-z = 1500,
-E点(结束转变)-2 = 4500。
在本发明实施例中，将高程信息20a提供作为数字地图20中的点的绝对高程信息， 且渲染模块22执行计算应用于每一显示像素的着色百分比所必需的全部计算。在替代 形式中，高程信息20a可替代地或额外地包括适用于着色算法的预先计算的值(例如，
h、 a、 Ae妙")、《 e(")和/或/^中的一者或一者以上的值)，以减小渲染模块内的计 算负担。在一种替代方案中，根据第一和第二不同着色函数，高程信息20a可被直接表 示为预先计算的着色百分比。尽管可在数字地图20中预先计算着色百分比，但通过使用与上述原理相同的原理来应用两个预先计算的百分比的加权组合，为同一点提供至少 第一和第二不同着色百分比可实现根据显示縮放比例的动态渲染。在图2中，在数字地 图20中在20b处表示此额外高程信息。
虽然着色算法已被表达为可按需要由合适处理器计算的数学函数，但是一替代方案 为提供含有预先计算的值的函数地图，例如，作为査找表坐标变量("为高程斜度的角 度，^为当前高度(高程)，且z为拉远水平(显示縮放比例))的函数。可在地图显示 设备内提供此预先计算的函数地图，或其可作为表示数字地图20的数据的整体部分(在 图2中表示于20c处)而并入。
图6、图7和图8表示可实施优选实施例的技术的不同类型的设备。图6说明手持 式PND50，且图7说明适合在车辆中使用的PND 52。 PND 50和52通常通过使用半导 体和/或磁性存储器媒体来存储数字地图20。 PND 50和52通常包括局部处理器，其通 过执行软件来实施渲染模块22。图8说明联网的计算机系统60，其包含经由网络66与 一个或一个以上终端64通信的服务器62。网络66可包括局部内联网和/或更广的因特 网(例如，万维网)。服务器62存储数字地图20且在需要时将地像产生信息供应 到请求的终端64。在一种形式中，服务器62可执行图像计算(包括地图渲染模块22的 功能)，以便将已渲染的图像提供到终端64以供显示。在另一形式中，终端64可基于 从服务器62接收的未渲染的信息来执行图像计算(包括地图渲染模块22的功能)。或 者，地图渲染模块22的功能可在服务器62与终端64两者之间经划分以包括服务器处 理和局部终端处理。
应了解，虽然已在上文描述本发明的各种方面和实施例，但是本发明的范围不限于 本文中所阐述的特定布置，而是，其延伸以涵盖其处于所附权利要求书的范围内的所有 布置和修改以及更改。
应注意，虽然随附权利要求书阐述本文中所述的特征的特定组合，但是本发明的范 围不限于下文所主张的特定组合，而是，其延伸以涵盖本文中所揭示的特征或实施例的 任一组合，而不管此时特定组合是否已被特定列举于随附权利要求书中。
权利要求
1.一种渲染从数字地图信息产生的显示图像的方法，所述方法包含从所述数字地图信息(20)确定高程信息(20a)；确定所述显示图像的显示缩放比例信息(28)；以及确定(22)应用于所述显示图像中的像素的着色值，将所述着色值应用于所述显示图像中的所述相应像素，以产生通过像素着色来表示高程信息的显示(24)；其特征在于，所述着色值作为所述高程信息和所述显示缩放比例信息的函数而变化，借此产生所述显示，以通过随显示缩放比例而变化的像素着色来表示高程信息。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述确定(22)着色值的步骤包含根据确定每 一着色函数的相对贡献的至少一个加权系数来组合第一和第二着色函数。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个加权系数依据所述显示缩放比例信 息而变化。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中所述第一着色函数是产生适用于小显示縮放 比例图像的着色式样的函数。
5. 根据权利要求2、 3或4所述的方法，其中所述第一着色函数是依据绝对高程而变 化的函数。
6. 根据权利要求2到5中任一所述的方法，其中所述第二着色函数是产生适用于大显 示縮放比例的着色式样的函数。
7. 根据权利要求2到6中任一所述的方法，其中所述第二着色函数是依据高程斜度而 变化的函数。
8. 根据权利要求2到7中任一所述的方法，其中所述确定着色值的步骤包含使用由下 式表示的着色算法<formula>formula see original document page 3</formula>其中p为所述应用于像素的着色值； z为取决于显示縮放比例的参数；/^为随所述显示縮放比例而在区间
中变化的加权系数；a为所述高程斜度；/7为所述绝对高程；A/。^为随高程斜度而变化的着色函数； 尸^^为随绝对高程而变化的着色函数； 『/和『2为常数。
9. 根据权利要求2到8中任一所述的方法，其中所述至少一个加权系数在值0与1之 间渐近地变化，所述值中的一者对应于相对大的显示縮放比例，且所述值中的另一 者对应于相对小的显示縮放比例。
10. 根据权利要求2到9中任一所述的方法，其中所述至少一个加权系数作为所述显示 縮放比例信息的连续函数而变化。
11. 根据权利要求2到10中任一所述的方法，其中所述至少一个加权系数作为由第一 和第二贝兹样条曲线序列表示的函数而变化。
12. 根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述高程信息包含选自以下各项的至少一 个信息项绝对高程；高程斜度；表示第一高程着色函数的第一着色信息；表示第 二高程着色函数的第二着色信息。
13. —种计算机程序，其在由处理器执行时配置所述处理器以执行渲染从数字地图信息 产生的显示图像的方法，所述方法包含从所述数字地图信息(20)确定高程信息(20a); 确定所述显示图像的显示缩放比例信息(28);以及 确定(22)应用于所述显示图像中的像素的着色值，将所述着色值应用于所述显示图像中的所述相应像素，以产生通过像素着色来表 示高程信息的显示(24);其特征在于，所述着色值作为所述高程信息和所述显示縮放比例信息的函数而变 化，借此产生所述显示，以通过随显示縮放比例而变化的像素着色来表示高程信息。
14. 一种用于渲染从数字地图信息产生的显示图像的设备，所述设备经配置以从所述数字地图信息(20)确定高程信息(20a);确定所述显示图像的显示縮放比例信息(28);以及确定(22)应用于所述显示图像中的像素的着色值，将所述着色值应用于所述显示图像中的所述相应像素，以产生通过像素着色来表示高程信息的显示(24);其特征在于，所述着色值作为所述高程信息和所述显示縮放比例信息的函数而变 化，借此产生所述显示，以通过随显示縮放比例而变化的像素着色来表示高程信息。
15. 根据权利要求14所述的设备，其中所述设备经配置以通过根据确定每一着色函数 的相对贡献的至少一个加权系数来组合第一和第二着色函数而确定所述着色值。
16. 根据权利要求15所述的设备，其中所述至少一个加权系数依据所述显示缩放比例 信息而变化。
17. 根据权利要求15或16所述的设备，其中所述第一着色函数是产生适用于小显示縮 放比例图像的着色式样的函数。
18. 根据权利要求15、 16或17所述的设备，其中所述第一着色函数是依据绝对高程而 变化的函数。
19. 根据权利要求15到18中任一所述的设备，其中所述第二着色函数是产生适用于大 显示縮放比例的着色式样的函数。
20. 根据权利要求15到19中任一所述的设备，其中所述第二着色函数是依据高程斜度 而变化的函数。
21. 根据权利要求15到20中任一所述的设备，其中所述确定着色值的步骤包含使用由 下式表示的着色算法<formula>formula see original document page 5</formula>其中p为所述应用于像素的着色值； Z为取决于显示縮放比例的参数；/^为随所述显示縮放比例而在区间
中变化的加权系数； 为所述高程斜度；//为所述绝对高程；A,。^为随高程斜度而变化的着色函数； 尸;^^为随绝对高程而变化的着色函数； W和K为常数。
22. 根据权利要求15到21中任一所述的设备，其中所述至少一个加权系数在值0与1 之间渐近地变化，所述值中的一者对应于相对大的显示縮放比例，且所述值中的另 一者对应于相对小的显示縮放比例。
23. 根据权利要求15到22中任一所述的设备，其中所述至少一个加权系数作为所述显 示缩放比例信息的连续函数而变化。
24. 根据权利要求15到23中任一所述的设备，其中所述至少一个加权系数作为由第一 和第二贝兹样条曲线的序列表示的函数而变化。
25. —种携载数字地图(24)的存储媒体，所述数字地图包含所述数字地图的第一区域 内的点的第一高程信息(20a)，其特征在于，所述数字地图进一步包含所述数字地 图的所述第一区域的第二高程信息(20b)，所述第二高程信息(20b)不同于所述 第一高程信息(20a)，且所述第一高程信息(20a)和所述第二高程信息(20b)表 示用于形成相应第一和第二不同着色图案的值，以用于以不同显示縮放比例对所述 数字地图的所述第一区域进行显示渲染。
全文摘要
本发明描述一种用于渲染从数字地图信息产生的显示图像的方法与设备。所述方法包括以下步骤从所述数字地图信息确定高程信息(20a)；确定所述显示图像的显示缩放比例信息(28)；以及确定(22)应用于所述显示图像中的像素的着色值，且将所述着色值应用于所述显示图像中的所述相应像素，以产生通过像素着色来表示高程信息的显示(24)。所述着色值作为所述高程信息和所述显示缩放比例信息的函数而变化，借此产生所述显示，以通过随显示缩放比例而变化的像素着色来表示高程信息。
文档编号G06F17/30GK101578636SQ200880001805
公开日2009年11月11日 申请日期2008年1月9日 优先权日2007年1月10日
发明者亚历山德鲁·谢尔伯内斯库 申请人:通腾科技股份有限公司