专利名称：使用非真实感(npr)3d地图的3d导航方法
技术领域：
本发明涉及电子导航地图，更具体地说，本发明涉及绘制用于电子导航地图的图像。
背景技术：
由于导航地图视觉地标出诸如博物馆、饭店、公园和商圈之类的地标和其它兴趣点(Ρ0Ι)，因此这些地图是游客到不熟悉城市的重要资源。当依赖于二维(2D)导航地图的大多车载和便携式导航设备(PND)通过2D使这些地标和POI显现时，三维(3D)车载导航系统也正在涌现。这些3D导航系统的大部分使用真实感绘制技术来显现3D建筑、地标和Ρ0Ι。在该显现方案中，需要精确的几何模型和详细的真实感建筑纹理。这些系统需要这些 绘制的3D建筑、道路或其它对象的呈现尽可能地与真实的建筑、道路或其它对象匹配。因此，当驾驶员透过挡风玻璃看到真实的3D建筑时，他或她将进行真实感匹配来认出3D地标。一方面，2D导航系统几乎不显现我们3D世界的细节。另一方面，基于逼真3D地图的导航系统尝试显现我们3D世界的每一个细节，而这是不需要的。现有技术既没公开也没暗示用于以简洁方式(其不具有不需要的细节)在导航地图上呈现建筑、地标和其它3D对象的绘制的方法，使得用户可以容易地将这些绘制与他观察到的现实生活中的场景相匹配，并且只需要较低水平的计算资源来生成这些绘制。
发明内容
本发明提供了通过使用非真实感(NPR)或有表现力的绘制技术，通过只显现和突出重要细节来对2D地图和逼真3D地图之间的差距进行过渡的3D导航系统。典型的NPR绘制风格可以包括卡通型绘制，如 Adam Lake > Car I Marshal I > Mark Harris、Marc Blackstein在 2000 年的 NPAR ' 00:Proceedings of the 1st international symposium onNon-photorealistic animation and rendering 中的 “Stylized rendering techniquesfor scalable real-time 3Danimation”里所公开的，故将该文献全部内容以引用方式并入本文。另一种典型的NPR绘制风格是铅笔素描，如Hyunjun Lee>Sungtae Kwon>SeungyongLee 在 2006 年的 NPAR ' 06:Proceedings of the 1st international symposium onNon-photorealistic animation and rendering 中的 “Real-time pencil rendering” 里所公开的，故将该文献全部内容以引用方式并入本文。另一种典型的NPR绘制风格是钢笔画描绘，如 2001 年欧洲图形学会 Bert Freudenberg、Maic Masuch> Thomas Strothotte 在“Walk-Through 11lustrations:Frame-Coherent Pen-and-ink Style in a Game Engine，，中所公开的，故将该文献全部内容以引用方式并入本文。另外的典型NPR绘制风格还可以包括油画效果和其它绘画风格。本发明用其一种形式包括一种显示导航地图的方法，该方法包括自动地确定车辆的位置。识别与所述车辆周围的建筑相关联的三维数据。基于所述数据，绘制非真实感图像。向用户电子显示所述非真实感图像。
本发明用其另一种形式包括一种车载电子导航地图配置，其包括三维地图数据的源。所述数据与车辆的位置相关联。非真实感三维地图绘制引擎通信耦合到所述三维地图数据的源。所述引擎基于所述数据来绘制非真实感三维图像。用户接口通信耦合到所述引擎，并包括显示屏，其中所述显示屏电子显示所述非真实感三维图像。本发明用其另一种形式包括一种显示导航地图的方法，该方法包括自动地确定车辆的位置。识别与所述车辆周围的建筑相关联的三维数据。从用户接收输入。所述输入指示所述用户请求的非真实感图像风格。基于所述数据和基于所述输入，绘制非真实感图像。向用户电子显示所述非真实感图像。本发明的一种优点在于与真实感绘制技术相比，NPR绘制技术可以提供更简单和更有表现力的显现。
本发明的另一种优点在于与现有的逼真的3D导航系统相比，用于3D车载导航的NPR 3D地图提高驾驶员方位和地标识别。就本质而言，由于人们生活在3D世界中，因此与2D地图相比，3D地图可以提高驾驶员方位感。但是，真实感3D绘制提供太多的细节，而这些对于导航目的而言将引起不需要的分心。NPR绘制可以通过突出3D对象的最重要特征(例如，形状、深度线索、颜色变化)来进行识别，而省略细微细节。本发明的另一种优点在于与现有的逼真的3D导航系统相比，用于3D车载导航的NPR 3D地图可以减少地图更新的需求。真实3D世界的细节频繁地改变。逼真3D地图请求进行频繁的地图更新，以便与这些改变同步和一致。这些更新对于终端用户和数据提供商来说都是一种负担。由于NPR提供3D世界的更简单和有表现力的显现，因此可以极大地减少地图更新。本发明的另一种优点在于与现有的逼真的3D导航系统相比，用于3D车载导航的NPR 3D地图可以通过避免“真实感匹配”来减少认知负荷。当使用逼真的3D地图时，由于逼真的3D地图提高用户的对照片图像的预期，因此用户将趋向于将所绘制的3D对象的所有细节与真实世界中的细节进行匹配。根据照片图像的程度，使得用户花更多的时间来匹配所有的细节(真实感匹配)。相反，当使用NPR 3D地图时，用户可以避免“真实感匹配”。例如，如果始终使用某种风格(例如，特定的NPR效果)来绘制邮局，则用户可以快速地接受和理解以下事实该建筑是邮局，以替代思考和将真实感绘制的邮局的外观与真实的邮局建筑进行匹配。本发明的另一种优点在于与现有的逼真的3D导航系统相比，用于3D车载导航的NPR 3D地图对于用户更有吸引力。在给定不同的NPR风格提供的艺术效果的情况下，NPR3D地图是非常有吸引力的。此外，由于不同的用户具有不同的喜好，因此每一个用户可以选择他喜爱的绘制风格，并将该风格落实到3D导航地图中。
通过结合附图来考虑本发明的实施例的下面描述，本发明的上面提及的特征和对象与其它特征和对象，以及实现这些特征和对象的方式，将变得更加显而易见，并且发明本身也将更好理解，其中图I是本发明的3D地图绘制配置的一个实施例的框图。图2是用于可扩展的实时3D动画的示例性卡通风格绘制技术，其可适合用于本发明的3D地图绘制方法的至少一些实施例。图3是示例性钢笔画风格绘制，其可适合用于本发明的3D地图绘制方法的至少一些实施例。图4是示例性铅笔绘制，其可适合用于本发明的3D地图绘制方法的至少一些实施例。图5是示例性卡通风格绘制，其可适合用于本发明的3D地图绘制方法的至少一些实施例。图6是描绘用于显示导航地图的本发明的方法的流程图。
贯穿几个视图的相应附图标记指示相应的部件。虽然本申请罗列的示例以几种形式描绘了本发明的实施例，但下面公开的实施例并不是详尽的，或者旨在被解释为将本发明的保护范围限制于所公开的精确形式。
具体实施例方式本发明可以提供使用NPR 3D地图的3D导航的方法，其包括导航地图中针对3D对象的风格化显现。在3D导航地图上显示的3D对象可以包括建筑、地标、Ρ0Ι、危险点和道路。可以基于以不同的方式生成的3D对象数据，来生成NPR 3D地图。数据提供商可以用仅适合于真实感绘制的格式(例如，具有逼真的纹理的多边形网格)来提供3D数据。在该情况下，可以增强这种数据以用于NPR绘制。此外，针对风格化NPR绘制，还可以通过重建2D数据来生成3D数据。例如，可以根据不具有或者具有另外信息(例如，建筑的类型、建筑的高度等等)的建筑的2D轮廓，来生成3D建筑数据。在该处理中，可以基于3D建筑的类型，应用特定的规则，使得相同类型的建筑的风格或外观是一致的。例如，具有不同的2D轮廓的邮局建筑可以仍然具有类似的风格外观。现参见附图，具体参见图1，该图示出了本发明的3D地图绘制配置10的一个实施例，其可以与诸如机动车、船只、飞机等等之类的车辆相关联。也就是说，配置10可以安装在车辆内。配置10可以包括3D地图数据的源12、NPR 3D地图绘制引擎14和用户接口 16。3D地图数据的源12可以具有紧致碟(CD)或者其它存储器设备的形式。或者，3D地图数据可以由中央发射机(没有示出)向较大数量的车辆进行无线地发送，其中这些车辆每一个都具有各自的3D地图绘制配置10。这种无线传输可以由引擎14进行接收。3D地图数据的源12还可以包括用于实时地确定车辆的全球位置坐标的全球定位系统(GPS)模块(没有示出)。基于该车辆的当前位置，识别对于该车辆中的人来说感兴趣的相应3D地图数据，并将其提供给引擎14。NPR 3D地图绘制引擎14可以包括标准的电子处理器，后者将来自源12的3D地图数据转换成非真实感图像数据。NPR图像数据可以具有各种风格，例如，卡通型绘制、铅笔素描、钢笔画描绘、油画效果和其它绘画风格。NPR绘制可以描述对象的表面以及这些对象的独特特征或公知特征。用户接口 16可以布置在车辆的仪表盘上，其可以包括显示屏18和控制设备20。显示屏18可以包括用于控制在该屏幕或监视器上显示的信息或内容的处理器和存储器。通常，显示屏18可以呈现或描述从引擎14接收的NPR 3D图像数据。
控制设备20可以具有刻度盘、旋钮、设置的按钮、操纵杆、麦克风或者上面的任意组合的形式。用户可以使用控制设备20来向引擎14提供反馈22。反馈22可以指示引擎14产生另一组的图像数据(例如，描述另一个场景、对象或对象集的图像数据)。或者，反馈22可以指示引擎14改变观看当前的图像数据集时的观看角度。该观看角度可以从周围的俯视鸟瞰视图变换成在建筑或者景观处从地平面或者街头仰视的角度。在另一个实施例中，不是源12提供3D地图数据，而是源12提供一个或多个建筑的2D轮廓加上一些另外信息(例如，建筑的类型和高度)。在该情况下，引擎14可以首先生成建筑的3D结构，随后针对该建筑应用NPR绘制。图2-5描绘了在现有技术中没有应用到导航领域的各种NPR风格。图2_5中的这些风格里的每一个，可以适合结合本发明的NPR 3D地图绘制方法来使用。具体而言，图2描绘了用于可扩展的实时3D动画的卡通型风格绘制技术；图3描绘了钢笔画绘制；图4描绘了实时铅笔绘制；图5描绘了卡通风格NPR 3D地图，其是可以由本发明绘制的NPR 3D地图的示例。在图5中，基于一些建筑的轮廓，以NPR风格描述了这些建筑的前部。几何数据可以由绘制引擎14生成。图5中以本发明的NPR风格描述了一些其它建筑，例如，其上具有“B0SCH”的建筑。对于这些“B0SCH”建筑，几何形状和原始纹理可以由数据提供商进行提供，这种几何形状和原始纹理通常只用于真实感绘制。但是，根据本发明，NPR引擎14可以执行某种处理，以使用NPR外观提供这些建筑的描绘。在一个实施例中，用户能够将图5中描述的视图的角度调整为任何观看角度或者在地平面或之上的任何位置。例如，用户可以在沿着这些建筑中的任意一个或全部周围的360度的几乎无限数量的角度之中选择。此外，用户可以选择沿着垂直面的任何向下观看角度。本发明提供了一些新颖性特征，其包括使用非真实感绘制的3D导航系统。另一个新颖性特征是实现或增加3D导航的个性化的能力。例如，用户能够选择描述建筑或自然景观所使用的NPR风格(例如，卡通、钢笔画、铅笔等等)。此外，用户还能够选择图像中的哪些建筑或自然景观将使用NPR绘制来描述。在一个实施例中，用户能够在触摸屏显示器上触摸建筑或自然景观，以使系统绘制该建筑或自然景观的NPR图像。而显示的图像中的其它建筑或自然景观，以通用或非真实感风格方式描述。但是，在本发明的另一个实施例中，所有的建筑、道路和自然特征以相同的特定风格来绘制，其中该风格可以由用户进行选择。本发明的另一个新颖性特征是针对NPR 3D导航重新使用逼真的3D导航的3D数据。也就是说，可以增强或者修改逼真的3D导航数据，以便在绘制NPR 3D导航图像时使用。本发明的另一个新颖性特征是生成用于NPR 3D导航中的风格化呈现的3D数据。该风格化呈现可以包括建筑的仅选择的、可识别的方面的描述，以便不使图像杂乱，以及简化用户的识别任务。例如，在图5的实施例中，仅仅NPR描述的建筑上的较大表面、窗户和大型标牌才包括在图像中。如上所述，本发明提供了一些现有技术既没公开也没暗示的方面，其包括将NPR 绘制用于3D导航；针对3D导航系统，使用多种NPR风格中的任意一种，从而实现个性化的3D导航系统；针对NPR 3D导航，重新使用现有的真实感3D对象数据；生成用于NPR 3D导航中的风格化呈现的3D数据。
图6描绘了用于显示导航地图的本发明的方法600的实施例。在第一步骤602中，自动地确定车辆的位置。例如，图I的配置可以包括GPS或者自动且连续地更新与该配置相关联的车辆的当前位置(其可以用全球坐标来表示)的其它设备。在下一个步骤604，识别与该车辆周围的建筑相关联的三维数据。例如，基于在步骤602确定的车辆位置，从诸如CD之类的存储器设备获取与该车辆的附近相关联的地图数据。或者，可以从地图数据的中心资源库无线地接收与该车辆的附近相关联的地图数据。不管如何接收，该地图数据都可以包括3D数据，其中该3D数据描述位于该车辆附近的建筑和自然景观的形状、尺寸、颜色和窗口。在另一个实施例中，该地图数据包含建筑的2D轮廓数据。在该情况下，绘 制引擎14可以基于该数据的2D轮廓，生成3D建筑。接着，在步骤606，从用户接收输入。该输入指示用户请求的非真实感图像风格。例如，用户可以使用用户接口 16上的控制设备20，来选择图2-5中描述的NPR绘制风格中的一种。在一个实施例中，用户可以在卡通风格、钢笔画风格和铅笔风格之间进行选择。对于用户来说，还可以针对不同的建筑和/或地标，选择不同的风格。例如，通过使用反馈22，用户可以针对自然景观(例如，树木或者山脉)选择卡通风格，针对建筑或者其它人造结构选择铅笔风格。在步骤608，基于所述数据和基于所述输入，绘制非真实感图像。也就是说，绘制引擎14可以基于从源12接收的3D数据来生成NPR图像，该NPR图像可以以用户请求的风格来生成。在最后的步骤610中，向用户电子显示该非真实感图像。在一个实施例中，在用户接口 14的屏幕18上，显示引擎14所绘制的NPR图像。虽然将本发明描述成具有示例性设计方案，但本发明还可以在所公开内容的精神和保护范围之内进行修改。因此，本申请旨在覆盖使用本发明的通用原理的其任何变型、使用或调整。
权利要求
1.一种显示导航地图的方法，包括下面步骤 自动地确定车辆的位置； 识别与所述车辆周围的建筑相关联的三维数据； 基于所述数据，绘制非真实感图像；以及 向用户电子显示所述非真实感图像。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，用卡通风格、钢笔画风格和铅笔风格中的至少一种来绘制所述非真实感图像。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述识别步骤包括寻找与所述车辆的位置相关联的三维数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述识别步骤包括从三维数据的中心资源库无线地接收所述数据。
5.根据权利要求I所述的方法，还包括下面步骤 基于来自所述用户的反馈，修改所述非真实感图像的观看角度。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述数据描述所述建筑的形状、尺寸、颜色和窗□。
7.一种车载电子导航地图配置，包括 地图数据的源，所述数据与车辆的位置相关联； 与所述地图数据的源通信耦合的非真实感三维地图绘制引擎，所述引擎配置为基于所述数据来绘制非真实感三维图像；以及 与所述引擎通信耦合的用户接口，所述接口包括显示屏，所述显示屏配置为电子显示所述非真实感三维图像。
8.根据权利要求7所述的配置，其中，所述引擎配置为用卡通风格、钢笔画风格和铅笔风格中的至少一种来绘制所述非真实感三维图像。
9.根据权利要求7所述的配置，其中，所述地图数据的源包括三维地图数据的源。
10.根据权利要求7所述的配置，其中，所述地图数据包括建筑的二维轮廓、所述建筑的类型和所述建筑的高度。
11.根据权利要求10所述的配置，其中，所述引擎配置为生成所述建筑的三维结构，生成所述建筑的非真实感绘制。
12.根据权利要求7所述的配置，其中，所述数据源配置为从三维数据的中心资源库无线地接收所述数据。
13.根据权利要求7所述的配置，其中，所述绘制引擎配置为基于来自所述用户的反馈，修改所述非真实感图像的观看角度。
14.根据权利要求7所述的配置，其中，所述数据描述所述车辆周围的建筑的形状、尺寸、颜色和窗口。
15.一种显示导航地图的方法，包括下面步骤 自动地确定车辆的位置； 识别与所述车辆周围的建筑相关联的三维数据； 从用户接收输入，所述输入指示所述用户请求的非真实感图像风格； 基于所述数据和基于所述输入，绘制非真实感图像；以及向用户电子显示所述非真实感图像。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述非真实感图像风格包括卡通风格、钢笔画风格和铅笔风格中的一种。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述识别步骤包括寻找与所述车辆的位置相关联的三维数据。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述识别步骤包括从布置在所述车辆之中的紧致碟获取所述数据。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述识别步骤包括从三维数据的中心资源库无线地接收所述数据。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括下面步骤 基于来自所述用户的反馈、以及描述所述建筑的形状、尺寸、颜色和窗口的数据，修改所述非真实感图像的观看角度。
全文摘要
一种显示导航地图的方法包括自动地确定车辆的位置。识别与该车辆周围的建筑相关联的三维或2D数据。基于该数据，绘制该车辆周围的3D对象的非真实感图像。向用户电子显示该非真实感图像。
文档编号G06T15/02GK102639962SQ201080054149
公开日2012年8月15日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月20日
发明者任骝 申请人:罗伯特·博世有限公司