专利名称：图象产生装置、图象产生方法、电子设备和计算机程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及以三维坐标信息为基础产生三维(3D)图象的图象产生装置和方法，还涉及结合了该图象产生装置的例如导航系统的电子设备，以及一种计算机程序。
背景技术：
近来，关于控制汽车运动的电子控制器的R&D(研究和发展)，以及帮助汽车驾驶的导航系统的普及，都是值得关注的。该导航系统具有基本的配置，包括各种数据库，用于在显示单元上显示地图信息、当前位置信息、各种引导信息等等。而且，该导航系统典型地还基于输入的条件查找驾车路线。它还被设计为显示查找出的驾车路线和基于GPS(全球定位系统)测量或在地图上自主测量出的当前位置，并实现去往目的地的引导(导航)。
附带地，在导航系统的显示单元上，显示出当前驾车点前方的视野，还有驾车路线、驾车道的说明、在十字路口要走的方向、距十字路口的距离、距目的地的距离以及到达时间估算等等，其中该导航系统装配在车辆上用于目的地的引导(导航)。然后，当前驾车点前方的视野可以基于驾驶员的视线，通过平面上的三维可视效果被显示出来，也就是，显示一个透视的图象(这里被称为“3D图象”)。
顺便地，为了以时间过程显示上述的3D图象，这就需要高速计算数量庞大的、包括三维坐标信息的地图数据，这些信息被相继地输入绘图设备以被转换为3D图象。因此，存在着一种通过对绘图对象信息和坐标转换信息以批处理的模式产生3D图象的方式，其中该绘图对象信息用于指出要被描述的例如道路或建筑物对象，而该坐标转换信息用于指出可视点、可视范围、光源等等。然而，当这种所采用的绘图设备不具备处理所有的坐标转换信息的能力时，该坐标转换信息，借助于CPU仿真，被转换为绘图设备可处理的格式，然后被输入到绘图设备中。存在的问题是高速的可执行性及可替换能力，这是因为所采用的绘图方法依赖于一种特有的绘图设备。
另一方面，至于前面所述的绘图设备，新的模式一个接着一个地被提供。所以，在向系统引进新的绘图设备的情况下，需要改变一种用于输入到绘图设备的图象信息数据的准备设备，这使得只采用绘图设备的替换，不能高效的进行装置的准备。也就是，由于作为绘图中重要部分的坐标转换，起到包含状态的状态机的作用，从而，如在标准程序库中所见的用来减少设备依赖性的单一功能的替换，不足以在绘图中补偿绘图设备的性能。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而作出的，旨在提供一种图象产生装置和方法，用于改善其高速下的处理性能以及可替换能力，从而可以相对容易地应用到各种绘图设备中，并且本发明还提供一种包括这种图象产生装置的电子设备以及一种计算机程序。
为了解决上述问题，根据本发明的图象产生装置具体化为包括使得一个绘图设备产生一个三维图象的绘图应用程序处理器和图形库的图象产生装置，其中该绘图应用程序处理器具有(I)一个用于产生绘图对象信息的绘图对象信息产生设备，该设备基于包含在要产生的三维图象中的三维坐标信息，为每个预定的信息单元对在单一坐标系统下的每个对象产生一个图象；以及(II)一个用于产生坐标转换信息的坐标转换信息产生设备，用于在该三维图象产生时至少定义可视点和可视范围，该图形库包括(I)一个绘图对象信息存储设备，用于存储产生的绘图对象信息，以及(II)一个坐标转换信息存储设备，用于存储产生的坐标转换信息，该绘图设备为每个预定的信息单元，通过将存储的坐标转换信息与存储的绘图对象信息结合，产生该三维图象。
根据本发明的图象产生装置，包括绘图应用程序处理器和图形库的图象产生装置，产生、存储并管理数据，该数据被分为坐标转换信息和绘图对象信息，其中的每个都由它们各自的信息产生设备产生，以便产生图象。基于这些被存储及管理的数据，绘图设备产生一个作为显示图象的3D图象，并将其输出到显示单元上。
在这种情况下，基于对坐标转换信息和绘图对象信息的绘图批处理，提高了绘图设备的绘图速度，并便于对各种绘图设备的引入，其中坐标转换信息和绘图对象信息被分别并独立地控制。这是因为按照本发明的数据配置避免了在先前的数据配置中所见的限制，其中作为绘图中重要部分的坐标转换，起到包含状态的状态机的作用，从而，如在标准程序库中所见的用来减少设备依赖性的单一功能的替换，不足以在绘图中补偿绘图设备的性能。
结果，本发明改善了绘图设备的替换能力，其中该绘图设备从作为信息源的三维坐标信息中产生一个3D图象。
附带地，特别是在本发明中，对于与绘图对象信息产生设备有关的说法“为每个预定的信息单元对在单一坐标系统下产生绘图对象信息”，这里的“预定的信息单元”指的是例如显示列表的一个单元，并与坐标转换信息的一个单元对应，当绘图设备中产生一个3D图象时，该坐标转换信息与绘图对象信息结合。而且，尽管坐标系统统一在相同的预定信息单元中，比如相同的显示列表，但是坐标系统不需要在不同的预定信息单元之间进行定义。
在本发明的图象产生装置的一个方面中，将由坐标转换信息产生设备产生的多个坐标转换信息存储在坐标转换信息存储设备中，将由绘图对象信息产生设备产生的多个绘图对象信息存储在绘图对象信息存储设备中，以及该绘图设备从该坐标转换信息和绘图对象信息的所需组合中，产生三维图象。
根据这个方面，该在一些坐标转换信息和一些绘图对象信息之中的所需组合，其中所有的这些信息都被存储起来，可被选出用于在绘图设备中产生图象，以便迅速地显示该图象或按照用户的要求显示各种图象。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，执行一个用于准备一个绘图对象信息的列表的列表准备程序；一个用于设置坐标转换信息的设置程序；以及一个用于指示在所述绘图设备中执行绘图的执行指令程序。
根据这个方面，提供用于准备所谓的“显示列表”的列表准备程序和用于设置坐标转换信息的设置程序，使得通过一条执行命令来互相独立地处理绘图对象信息和坐标转换信息，其中的每个信息都用于图形库以便连接到下一级。因此，如果包括图形库和绘图设备的系统被替换成另一组合的另一系统，其可替换的能力就被保存下来。还有，通过改变坐标转换信息而保持绘图对象信息，可便于产生具有不同坐标的相同绘图对象的3D图象。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，图形库包括一个用于管理坐标转换信息的功能；一个用于管理绘图对象信息的功能；以及一个用于控制所述绘图设备的功能。
根据这个方面，归功于该用于管理坐标转换信息的功能，该用于管理绘图对象信息的功能，和该用于控制所述绘图设备的功能，才能控制实际上由绘图设备产生的3D图象，其中所有的这些功能都在图形库中提供。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，绘图应用程序处理器包括一个从结合在导航系统中的地图数据库中，提供包含三维坐标信息的地图信息的功能。
根据这个方面，基于地图数据库的地图信息，并且再基于结合在导航系统中的GPS定位装置等的当前位置信息以及/或者驾驶员输入的路线信息，以包含三维坐标信息的地图信息为基础的3D图象被显示在显示器上，这里对该地图信息作预定的坐标转换。并且，为了驾驶员的方便，可将没有进行坐标转换的引导信息叠加到该3D图象中，然后将其显示出来。
在本发明的图象产生装置的另一方面，一个包括图形库和绘图设备的系统具有一个替代所述绘图应用程序处理器的机制。
根据这个方面，在本发明的图象产生装置中，一个包括图形库和绘图设备的系统可作为一个相对于绘图应用程序处理器的单元被替换，这种机制实现了系统的安装和拆卸或替换。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，该绘图设备产生一个透视图象作为三维图象。
根据这个方面，如同驾驶员视野的一个景象作为透视图象显示出来，因此结合真实的景象，驾驶员能容易地识别出该3D图象，这里驾驶员是坐在驾驶员位子上并驾驶的人。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，坐标转换信息包括用于定义光源的信息，以及用于定义可视点和可视范围的信息。
根据这个方面，基于作为坐标转换信息的光源信息、可视点信息和可视范围信息，对绘图对象进行转换并将其作为真实图象显示出来。另一方面，如果绘图设备被替换，像可视点信息、可视范围信息、光源信息等的坐标转换信息就照其原样被使用，从而在保持替换能力的同时保证真实图象的产生。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，可视点以车辆内驾驶员的可视点为基础来设置。
根据这个方面，如同驾驶员视线范围的一个景象就作为3D图象显示出来，并因此，驾驶员可以容易地识别出作为与真实景象相联系的透视图象的图象。可视点可以手动地设置。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，可视范围基于车辆的驾驶员的可视范围来设置。
根据这一方面，驾驶员可视范围内的一个景象作为该3D图象显示出来。可视范围可以手动地设置。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，将3D图象中的可视点设置在结合在导航系统中的显示设备的中央。
根据这一方面，对绘图对象作坐标转换以便用于显示，例如，以使驾驶员的可视点位于显示器的中央。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，绘图设备通过叠加多个部分帧图象来产生一个三维图象，其中该部分帧图象是基于为每个对象而产生并存储的多个绘图对象信息而产生的。
根据这一方面，最后获得通过叠加多个部分帧图象来产生的三维图象，从而可由绘图设备相对迅速地产生一个更真实的3D图象，其中该部分帧图象依照每个绘图对象信息来产生。
在这一方面中，还要提供用于临时存储多个部分帧图象的帧缓冲器。
归功于这种设置，由于多个部分帧图象被临时存储在帧缓冲器中，其中该帧缓冲器置于由绘图设备管理的缓冲存储器中，那么通过叠加这些部分帧图象就能相对容易地产生一个3D图象。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，绘图应用程序处理器借助于坐标转换信息产生设备重新产生坐标转换信息，而绘图对象信息为一个通常包含在两个连续的三维图象中的对象而保持，其中这两个连续的三维图象以时间顺序互相不同。
根据这一方面，一个以时间顺序连续改变的3D图象被绘出，在这种情况下，坐标转换信息被改变而绘图对象信息保持原状，从而能够减少绘图的处理工作量，且该连续改变的3D图象也能迅速地产生。例如，基于相同的绘图对象信息，不仅是依照车辆的移动而连续改变的一组图象通过连续改变可视点来获得，而且图象中建筑物的阴影等以时间顺序连续改变的一组图象也可通过连续改变光源来获得。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，绘图应用程序处理器和图形库为一个多任务操作中的多个三维图象，产生并存储绘图对象信息和坐标转换信息。
根据这一方面，由于在多任务操作中分别且独立地产生并存储坐标转换信息和绘图对象信息，那么总体上，更快地产生3D图象是可行的。
在本发明的图象产生装置的另一方面中，图象产生装置包括该绘图设备。
根据这个方面，图象产生装置还包括内部或外部的绘图设备，以及绘图应用程序处理器和图形库。因此，如果如监视器的显示单元连接到图象产生装置上，就可以相对容易地获得一个能够显示该3D图象的环境。
为解决上述问题，一种按照本发明的电子设备包括前述的图象产生装置(包含了其各个部分)；一个从提供到绘图应用程序处理器的三维信息中产生的信息源；以及一个显示设备，用于可视地输出由所述绘图设备产生的三维图象。
按照本发明的电子设备，由于采用了本发明的图象产生装置，各种电子设备都能实现，包括导航系统，例如能快速显示3D图象的车载导航系统；游戏机，例如街机游戏、电视游戏等；以及计算机，例如能显示3D图象的个人计算机。
为解决上述问题，按照本发明的计算机程序，使得计算机作为上述图象产生装置(包括每个图象产生装置的各个方面)而运行。更特别地，它使得计算机作为绘图应用程序处理器、图形库和绘图设备来运行，这些作为本发明的组成部分已在前面给出描述。更详细地，它使得计算机作为绘图对象信息产生设备、坐标转换产生设备、绘图对象信息存储设备和坐标转换信息存储设备来运行，这些作为本发明的组成部分已在前面给出描述。
根据如本发明的计算机程序，通过从存储着该计算机程序的可读介质中将该计算机程序加载到计算机中并执行该程序，或者通过通讯设备将该计算机程序下载到计算机中并执行该程序，则可相对容易地获得一种对本发明的图象产生装置的集成控制，其中可读介质包括CD-ROM(只读光盘)、DVD-ROM(只读DVD)、硬盘等。
为解决上述问题，一种按照本发明的图象产生方法具体化为一种由图象产生装置执行的图象产生方法，其中该图象产生装置具有绘图应用程序处理器和图形库，它们使得一个绘图设备产生一个三维图象，其特征在于该绘图应用程序处理器执行(I)一个用于产生绘图对象信息的绘图对象信息产生步骤，基于包含在要被产生的三维图象中的三维坐标信息，为每个预定的信息单元对在单一坐标系统下的每个对象产生一个图象；以及(II)一个用于产生坐标转换信息的坐标转换信息产生步骤，用于在该三维图象产生时定义至少一个可视点和可视范围，该图形库执行(I)一个绘图对象信息存储步骤，用于存储产生的绘图对象信息，以及(II)一个坐标转换信息存储步骤，用于存储产生的坐标转换信息，以及该绘图设备为每个预定的信息单元，通过将存储的坐标转换信息与存储的绘图对象信息结合，产生该三维图象。
根据本发明的图象产生方法，与上述的本发明的图象产生装置的情况相似，为了产生图象，数据被分为坐标转换信息和绘图对象信息，并且它们中的每个都由它们各自的产生设备产生、存储和管理。基于这些被存储和管理的数据，绘图设备产生一个作为显示图象的3D图象并将其输出到显示设备。在这种情况下，分别且独立地管理坐标转换信息和绘图对象信息，并基于这些种类的信息执行绘图批处理，将提高绘图设备的绘图速度并且便于不同绘图设备的引入。结果，按照本发明，改善绘图设备的可替换能力将成为可能，其中该绘图设备从作为信息源的三维坐标信息中产生一个3D图象。
而且，按照本发明的图象产生方法的一个方面，绘图应用程序处理器执行一个列表准备步骤，用于准备一个绘图对象信息的列表；一个设置步骤，用于设置坐标转换信息；以及一个执行指令步骤，用于指示在该绘图设备中执行绘图。
根据这一方面，归功于用于准备所谓的“显示列表”的列表准备程序，和用于设置坐标转换信息的程序，绘图对象信息和坐标转换信息才能独立地处理，从而，保持了包括图形库和绘图设备的系统的可替换能力，即使该系统由包括另一组合的另一系统来替换。另一方面，保持绘图对象信息而改变坐标转换信息，将便于获得具有不同坐标的同一绘图对象的一个3D图象。
此外，在本发明的图象产生方法的另一方面中，图形库执行一个用于管理坐标转换信息的步骤；一个用于管理绘图对象信息的步骤；以及一个用于控制所述绘图设备的步骤。
按照这一方面，归功于包含在图形库中的用于管理坐标转换信息的步骤；用于管理绘图对象信息的步骤；以及用于控制所述绘图设备的步骤，该由绘图设备实际产生的3D图象才能被控制。
如上所述，根据本发明，由于是独立地处理坐标转换信息和绘图对象信息，所以坐标转换信息不添加到显示列表中。因此，应用到预定显示列表中的坐标转换参数只用于该显示列表，从而，对于一个绘图应用程序处理器中的用于产生显示列表的编码，由该编码执行一个可预先计算的坐标转换。所以，涉及坐标转换的信息将独立于绘图设备，并获得较高的可替换能力。也就是，引入其它种类的绘图设备将成为可能。
此外，由于显示列表使绘图设备直接执行批处理，所以获得较高的可执行性也将成为可能。
本发明的上述和其它优点以及方面将在下面对本发明的实施例的描述中变得更加显见。
图1是示出如本发明第一实施例的图象产生装置的基本配置的框图。
图2是示出在图象产生装置中，图形库的内部结构和绘图应用程序的替换能力的视图。
图3是示出在图象产生装置中的景象对象的管理的视图。
图4是表示图形库的处理流程的流程图。
图5是表示在图象产生装置中的绘图设备的处理流程的流程图。
图6是表示图象产生装置的操作的顺序图。
图7是所产生的图象的一个实例。
图8是表示应用到根据本发明第二实施例的图象产生装置中的导航系统的结构视图。
具体实施例方式
下面将参照附图解释按照本发明的图象产生装置和图象产生方法以及计算机程序的实施例。附带地，在下面描述本发明的、用于车载导航系统的图象产生装置的每个实施例。不过，本发明适合用于使用个人计算机的图象产生，用于电视节目或其它目的的图象产生。
(第一实施例)下面参照图1至图7描述第一实施例的图象产生装置。
首先，参考图1描述该实施例的图象产生装置的基本配置。
在图1中，图象产生装置1由绘图应用程序处理器11、图形库12和绘图设备13构成，其中如可视点、可视范围、光源等的坐标转换信息14和如道路、建筑物、地图信息等的绘图对象信息15被输入到该图象应用程序处理器11中。如下面将要详细描述的，该图形库12和该绘图设备13组合成一个系统单元，它作为一个相应于绘图应用程序处理器11的单元可随意地被替换。这样促进了替换能力的改善，这是本发明独具的特征。
如图2所示，绘图应用程序处理器11具有一个坐标转换参数产生例程111和一个显示列表产生例程112。该坐标转换参数产生例程111基于如可视点、可视范围、光源等的坐标转换信息来产生坐标转换数据，其中该数据作为坐标转换信息14被输入。这种数据作为图形库12中的景象对象被管理。对景象对象设置参数的操作以及基于已设置的参数将该景象对象应用到绘图中去的操作，相对于景象对象的标识符来执行。
另一方面，显示列表产生例程112从道路、建筑物、地图信息等等中产生绘图对象信息，并将该信息输入到图形库12中。该绘图对象信息不包括坐标转换信息。该坐标转换信息像前面所描述的那样作为景象对象独立地设置。这样，绘图对象信息和坐标转换信息互相独立地产生，但是如果需要的话，前者可以与后者合并用于产生图象。这将实现系统的上述替换并提高绘图速度。
接着，图形库12具有一个景象对象设置设备121、一个显示列表准备设备122和一个显示列表执行设备123。
景象对象设置设备121存储并管理坐标转换信息，该坐标转换信息通过绘图应用程序处理器11中的坐标转换参数产生例程111生成相应于由绘图应用程序指定的标识符的景象对象。该显示列表准备设备122准备一个显示列表，以便直接及共同地(以批处理方式)在绘图设备13中执行高速绘图，其中该显示列表是通过绘图应用程序处理器11中的显示列表产生例程112产生的。
另一方面，显示列表执行设备123控制绘图设备13，同时使景象对象设置设备121和显示列表准备设备122将显示列表和坐标转换参数传送到绘图设备13中来执行绘图操作，这两者都被处理以便进行对坐标转换信息和绘图对象信息的批处理。
在该图形库12中，坐标转换信息和绘图对象信息被分开存储，并且当要产生图象时，在绘图设备13中，为坐标的转换和图象的产生，通过增加如可视点、可视范围、光源等被设置为景象对象的条件，将坐标转换信息结合到绘图对象信息中。因此，存储在单一列表中的绘图对象信息，以不依靠可视点或可视范围的单一坐标系统为基础，作为显示列表来形成。
在绘图设备13中产生的图象一度被存储在缓冲存储器16中，然后被输入到显示设备17中并被显示。
这里，根据本发明的方法，即分别地产生并管理坐标转换信息和绘图对象信息，包括图形库12和绘图设备13的系统(1)可以与绘图应用程序处理器11独立地构成。因此，系统(1)可由包括图形库12和绘图设备13的另一系统(N)来代替，这将基于对该装置进行设计、制作、制造、维护等等时所给出的宽泛的选择权，产生极大的便利。
而且，具有不同标识符的多个景象对象可被存储，或者用于不同绘图对象信息的多个显示列表可被存储。响应于状况，并通过将多个景象对象和多个显示列表结合起来来产生图象，能高速产生具有不同坐标系统的不同的图象。例如，当要产生不断顺序地变化的多个图象时，只有坐标转换图象被改变(也就是，只有可视点和域，或只有光源被改变)，而通常包含在这些图象中的涉及绘图对象的显示列表维持原样，从而，不断顺序地变化的3D图象可相对稳定地产生。
另外，在图2中，为了方便起见只示出一个缓冲存储器16，但也可以提供多个缓冲存储器，这些缓冲存储器用于临时存储那些以为每个对象而产生并存储的多个绘图对象信息为基础而被分别描述的多个部分帧图象，并且从绘图设备13中输出通过叠加这些多个图象而获得的一个3D图象。而且，这种叠加可在绘图设备13上实现，而Z缓冲器用于从如上所述被叠加的多个图象中移走不可见的部分。
更特别地，绘图应用程序处理器11同时处理多个景象对象和多个显示列表，并且图形库12有助于改善多任务绘图的处理速度。
接着，参考图3，下面将描述3D图象的产生过程。首先，在绘图应用程序处理器11上，产生显示列表(过程#1)。产生的显示列表作为对象显示列表#1存储在图形库12中。然后，坐标转换信息被设置(过程#2)。该坐标转换信息存储于景象对象#1中。接着，提供一个用于产生图象的命令或指令(过程#3)。图形库12中的对象显示列表#1和景象对象#1被访问，以便将每个数据输入到绘图设备13中以产生图象。
绘图设备13具有3D坐标转换功能，并因此基于由标识符指定的坐标转换参数，例如基于车辆运行时的驾驶员的视线(可视点和可视范围)、光源等等，产生并显示三维的绘图对象信息，例如行驶中驾驶员前方的一个3D景象。与此相关，多个显示列表和多个景象对象可被进一步产生并存储，以便从它们的结合中适当地产生图象。
接下来，下面将参照图4描述图形库12的操作流程。
首先，如果出现一个等待状态下的操作输入(步骤S101)，就判断该操作的类型(步骤S102)，这里等待状态是等待从绘图应用程序处理器11中输入操作。图形库12的操作类型可以是如上所述的显示列表的准备，景象对象的设置，或者是显示列表的执行。
如果提供一个用于显示列表准备的命令或指令，那么显示列表就基于如道路、建筑物等的绘图对象信息而产生(步骤S103)。一旦产生显示列表，处理就回到步骤S101并等待下一个操作输入。
作为步骤S102的判断结果，如果操作输入是用于景象对象的设置，则设置如驾驶员视野(可视点和可视范围)、光源等等的，由坐标转换信息的标识符指定的景象对象。一旦完成景象对象的设置，处理就再次回到步骤S101，并等待下一个操作输入。
作为步骤S102的判断结果，如果操作输入是用于显示列表的执行，则为绘图设备13设置由标识符指定的景象对象(步骤S105)，并将一个显示列表执行的请求传送到绘图设备13中(步骤S106)。
之后，处理回到步骤S101并等待下一个操作输入。绘图设备13以批处理方式执行显示列表来产生图象。该执行过程符合参考图3所描述的执行过程。
下面将参考图5描述绘图设备13的操作流程。
首先，如果出现一个等待状态下的操作输入(步骤S201)，就判断该操作的类型(步骤S202)，这里等待状态是等待从图形库12中输入操作。操作的类型可以是景象对象的设置和显示列表的执行。
如果操作输入是用于景象对象的设置，则绘图设备13就基于标识符设置坐标转换参数(步骤S203)。一旦完成坐标转换参数的设置，处理就回到步骤S201并等待下一个操作输入。
作为步骤S202判断的结果，如果操作输入是用于显示列表的执行，则基于坐标转换参数和显示列表，产生图象。从绘图设备13输出所产生的图象。
下面按时间顺序参照图6的顺序图描述图象产生装置的操作。该时序图按时间顺序示出了，绘图应用程序处理器11、图形库12、绘图设备13和显示单元17的内在关系，其中水平线表示该内在关系，垂直线表示一条线从头至尾的时间推移。
首先，显示列表在绘图应用程序处理器11中产生，并被输入到图形库12中(步骤S301)。该显示列表适用于绘图的执行，然后在图形库12中被存储及管理(步骤S302)。
接下来，为了将坐标转换参数设置成景象对象，绘图应用程序处理器11向图形库12传送一条命令或指令(步骤S303)。图形库12基于该命令或指令设置该景象对象，然后存储并管理该景象对象(步骤S304)。
显示列表和景象对象可一个接着一个地被产生，或者可被预先产生并被存储在一个单元中，例如显示列表#1至#N，以及景象对象#1至#N。
然后，绘图应用程序处理器11向图形库12传送一条命令或指令，以便从显示列表#1和景象对象#1的组合中产生图象(步骤S305-1)。响应于该命令或指令，图形库12将显示列表#1提供到绘图设备13中(步骤S306-1)，并将景象对象#1提供到绘图设备13中(步骤S307-1)。一旦提供了绘图数据，就输入一条用于执行显示列表的命令或指令(步骤S308-1)。响应于该命令或指令，绘图设备就基于景象对象的坐标转换参数，用显示列表实现图象的产生(步骤S309-1)。绘图执行一经完成，完成情况就被传送到图形库12和绘图应用程序处理器11中(步骤S310-1)。
相似地，其它图象从显示列表#i和景象对象#i的结合中相继地产生(其中i＝2，3，4……)。最后，为了从显示列表#N和景象对象#N的组合中产生图象，绘图应用程序处理器11将一条命令或指令传送到图形库12中(步骤S305-N)。响应于该命令或指令，图形库将显示列表#N提供到绘图设备13中去(步骤S306-N)，并将景象对象#N提供到绘图设备13中去(步骤S307-N)。一旦提供了绘图数据，就由指令指示显示列表的执行(步骤S308-N)。响应于该指令，绘图设备基于景象对象的坐标转换参数，用显示列表执行绘图(步骤S309-N)。一旦完成绘图执行，完成情况就被传送到图形库12和绘图应用程序处理器11中(步骤S310-N)。
然后，随着绘图处理的结束，图象由显示单元17输出(步骤S311)。
接收绘图处理的完成报告，绘图应用程序处理器11判断是否要执行下一个绘图(步骤S312)。如果要执行下一个绘图，则处理返回到步骤S301，以便通过重复上述绘图处理来产生新的图象。另一方面，如果不执行下一个绘图，则可依据不同的情况，决定是继续显示当前图象(步骤S313)还是删除当前图象。
图7是如上所产生的3D图象的一个显示实例，其中示出了以正在城镇道路上行驶的车辆里驾驶员的视野为基础而形成的景象。在图中，光源21、可视点22、可视范围23等代表了坐标转换信息，这些坐标转换信息由标识符指定并与景象对象结合，而建筑物24a、24b、24c……、道路25等等代表绘图对象信息。光源21可以是太阳(日间)或街灯(夜间)，它们的位置或发光方向构成一个参数。另一方面，可视点22可以是一个与驾驶员的可视点相应的点，它可使驾驶员在显示单元上看见景象，好像车辆周围的真实景象一样。可视范围23用于定义一个预定的图象范围，是为驾驶员适当设置的。
在另一方面，建筑物24a、24b、24c……、道路25等代表绘图对象信息，而与该绘图信息有关的显示列表适合由绘图设备直接执行。这种绘图对象信息可以是从属于该导航系统的地图信息数据库等中提供的信息。而且，关于作为绘图对象信息的格式，该格式以一种只采用一种不带坐标转换信息的坐标系统的形式来表示。
在图7中，基于从景象对象的信息，光源21(这里是太阳)呈现在驾驶员的前方，而面对着驾驶员的建筑物24a、24b、24c……的侧面呈黑色阴影。另一方面，执行坐标转换以便在一个范围内的如建筑物24a、24b、24c……、道路25等等的绘图对象可透视地会聚到可视点22上，其中该范围是由可视范围23定义的，该可视点22位于道路25之上。
如上所述，通过对图象的高速坐标转换，对绘图对象信息和坐标转换信息的分别处理为绘图提供了便利，而对坐标转换信息所作的改变为具有不同坐标的相同绘图对象的绘制提供了便利。而且，对绘图对象信息和坐标转换信息的分别处理使得能够对绘图设备进行选择或替换。
(第二实施例)接着，下面将讨论另一实施例，在该实施例中将上述的图象产生装置应用到可移动物体的导航系统中。如下将要详细描述的，导航系统的各种功能与图象产生装置密切相关，因而将它们合为一体。附带地，图象产生装置自身的配置和操作与前述的一致，因此不再对此重复解释，但也对前述的解释说明作适当参考。
首先，参考图8，概括地描述用于当前实施例的导航系统。
该导航系统具有自主定位装置30、GPS接收器38、系统控制器40、输入/输出(I/O)电路41、CD-ROM驱动器51、DVD-ROM驱动器52、硬盘设备(HDD)56、无线通讯设备58、显示单元60、音频输出单元70、输入设备80以及外部接口(I/F)单元81，所有的这些部件都分别连接到总线50上，该总线50用于传输控制数据和处理数据。
自主定位装置30包括加速度传感器31、角速度传感器32和速度传感器33。加速度传感器31，例如用压电元件制成，输出一个通过检测车辆的加速度而获得的加速度数据。角速度传感器32，例如用振动陀螺仪制成，通过当车辆的方向改变时检测其角速度，输出所获得的车辆角速度数据和相应的方位角数据。速度传感器33机械地、磁性地或光学地检测车辆的转动，并且每当检测到车轴以预定角度转动时，就输出脉冲信号，其中该脉冲信号具有符合车辆速度的脉冲数。
GPS接收器38具有公知的配置，包括平面偏振非定向接收天线(heimen-henpa-mushikousei-jushin-antena)和高频接收处理器，还包括数字信号处理器(DSP)或微处理器单元(MPU)、V-RAM、存储器等等。GPS接收器38被设置为从至少三个绕地球飞行的GPS卫星中接收电波，通过扩频解调(supekutoru-gyaku-kakusan)、距离测量、多普勒测量和轨道数据处理，完成位置的计算和行驶速度方位角的计算，并将接收点(车辆行驶点)的合成的绝对位置信息连续不断地从I/O电路41中输出到总线50上，以便系统控制器40将该绝对位置信息显示在屏幕的道路地图上。
系统控制器40具有CPU42、非易失性固体存储设备ROM43和工作RAM44，该系统控制器与其它连接到总线50上的每个单元或设备交换数据。由存储在ROM43中的控制程序和引导程序执行通过这种数据交换的处理控制。RAM44根据从输入设备80输入的用户操作，临时存储用于改变地图显示(在整体地图显示和区域地图显示之间改变)的设置信息等。
CD-ROM驱动器51和DVD-ROM驱动器52读取并输出每个地图数据库信息(例如地图信息(地图对开本)中的各种道路信息，像车道号、路宽等等)，其中这些地图数据库信息分别存储于CD-ROM53和DVD-ROM54中。
HDD56用于存储在CD-ROM驱动器51或DVD-ROM驱动器52中读出的地图(图象)数据，并用于在任何比存储过程迟后的时间点读出该数据。而且，HDD56也用于存储从CD-ROM驱动器51或DVD-ROM驱动器52中读出的音频数据或视频数据。因此，例如，通过读出存储在HDD56中的音频数据或视频数据而得到音频输出或视频输出，同时通过从CD-ROM53和DVD-ROM54中读出地图数据来执行导航处理。可选择地，通过读出存储在HDD56中的地图数据来执行导航处理，同时通过从CD-ROM53和DVD-ROM54中读出音频数据或视频数据来执行音频输出或视频输出。
显示单元60在系统控制器40的控制下，在景象中显示各种处理数据。关于显示单元60，置于其中的图形控制器61，基于从CPU42通过总线50传输的控制数据，控制显示单元60的每个部分。还有，例如V-RAM的缓冲存储器62 临时存储用于实时显示的图象信息。而且，显示控制器63控制显示处理，以便将从图形控制器61输出的图象数据显示在显示部件64上。显示部件64可被安置在车辆内靠近前面板的位置。
关于音频输出单元70，D/A转换器71将在系统控制器40的控制下通过总线50传输的音频信号转换成数字信号，而可变放大器(AMP)72可变地放大从D/A转换器71输出的模拟信号并输出到扬声器73中，从该扬声器中输出声音。
输入设备80包括键、开关、按钮、遥控器和音频输入设备，用于输入各种命令或数据。输入设备80被设置在显示器64的周围或安装在车辆上的车载型电子设备的前面板周围。
这里，当将根据本发明的图象产生装置应用到导航系统中时，需要适当地显示符合驾驶路线的图象。也就是，合乎需要地显示一个正在道路上驾驶车辆的驾驶员可见到的三维图象。而且，为了安全，告知驾驶员前方拐弯处周围情况或前方不清晰的道路的视野的图象是有益的，其中该图象是以三维显示的。而且，需要显示在每个图象上叠加的各种消息。
因此，根据本发明的图象产生装置，通过将各种设备和导航系统所具有的功能组合成一个完整的系统，来提供一个非常有效的导航系统。
接下来，将对于元件，描述以图象产生装置组合各种设备和导航系统所具有的功能。
如上所述，图象产生装置在绘图应用程序处理器11上，分别捕捉包括可视点、可视范围、光源等等的坐标转换信息以及包括道路、建筑物等的绘图对象信息，接着从图形库12中的每个这些信息中产生作为绘图数据的数据，然后在绘图设备13中从这些单个的信息中产生图象。
首先，绘图对象信息是包括道路和建筑物的、从包含在导航系统的地图数据库中可得的地图信息。地图信息存储于CD-ROM53和DVD-ROM54中，该地图信息用CD-ROM驱动器51和DVD-ROM驱动器52是可读的。可选择地，地图信息是通过通讯设备58从预定的网站上可得的，并被存储到HDD56中或从其中使用。可选地，驾驶路线的地图信息可被存储，然后在任何比这种存储迟后的所要求的时间点被读出，其中该地图信息用CD-ROM驱动器51和DVD-ROM驱动器52读出。当驾驶计划指定后就可以执行该操作。
上述的地图信息通过图象产生装置中的绘图应用程序处理器11的显示列表产生例程112，被转换成独立于可视点或可视范围的位置的只有一个坐标的系统中，以便将一条指令传送到图形库12的显示列表准备设备122中，在那里该地图信息被列于显示列表中并被存储(管理)，其中该地图信息被分为多个区域并被用于每个区域的坐标系统指定。
接着，与包括在图象产生装置中的坐标转换信息有关，需要知道驾驶过程中车辆的当前位置，其中该位置是由导航系统中的自主定位装置30或GPS接收器38确定的，且该坐标转换信息例如为可视点、可视范围、光源等等。从确定的当前位置与地图信息的比较中，确定车辆的行驶方向和正确的可视点和可视范围。可视点和可视范围在预定的位置或范围上定位，或者手动设置。
另一方面，一旦知晓车辆的行驶方向和现在的时间，就可考虑到季节的因素来确定太阳的方位，而且光源的位置也可通过将太阳的方位假设为光源来确定。相似地，当需要一个地点周围的景象时，其中该地点是在一段预定的时间后期望到达的地点，太阳的方位就可通过指定该地点和到达时间来确定，所以就可看到产生在到达时间光源的位置的效果的图象。
可选择地，通过将坐标转换信息结合到具有时刻流逝的时间状态的绘图对象信息中去，就可以看到景象中从日出到日落阴影的改变。而且，通过相继地改变其它坐标转换信息，3D图象也能被陆续地改变。特别是，在显示相应于当车辆继续在道路上行驶时的一个景象的3D图象的情况下，通过依照驾驶而改变坐标转换信息而绘图对象信息被固定，该3D图象可被高效地及连续不断地显示出来，如上所述。
如上所述，作为坐标转换信息的景象对象，可使用导航系统的功能来确定，同时绘图对象信息可使用地图信息来确定。因此，3D图象可从坐标转换信息和绘图对象信息两者中产生，其中这两者互相独立，并且该3D图象直接送入导航系统的显示单元60，在那里图形控制器61将3D图象存储在采用V-RAM等的缓冲存储器62中，然后该3D图象从缓冲存储器62中被读出并通过显示控制器63被显示在显示器64上。
这里，将讨论应用到导航系统中的本发明的图象产生装置，不过，该装置不限制于该实施例，它也适于在个人计算机、工作站、移动站、蜂窝电话等中产生图象，在电视游戏、街机游戏、手机游戏等中产生图象，以及在驾驶模拟设备或用于各种车辆的训练设备中产生图象，其中各种车辆包括汽车、摩托车、飞机、直升机、火箭、轮船等。
而且，本发明不限制在上述的实施例中，而是可以在不背离从权利要求和整个说明书中推导出的本发明的精神或实质的范围内作出适当地改变，这种改变的图象产生装置和方法、电子设备和计算机程序也包括在本发明的技术概念内。
工业适用范围本发明可用于在导航系统、个人计算机、蜂窝电话等等中产生图象，在电视游戏、手机游戏等等中产生图象，以及在驾驶模拟设备或用于各种车辆的训练设备中产生图象，其中各种车辆包括汽车、飞机、轮船等等。
权利要求
1.一种具有绘图应用程序处理器和图形库的图象产生装置，使得绘图设备产生三维图象，其特征在于所述绘图应用程序处理器包括(i)用于产生绘图对象信息的绘图对象信息产生设备，该设备基于包含在要被产生的三维图象中的三维坐标信息，为每个预定的信息单元对在单一坐标系统下的每个对象产生图象；以及(ii)用于产生坐标转换信息的坐标转换信息产生设备，用于在该三维图象产生时至少定义可视点和可视范围，所述图形库包括(i)绘图对象信息存储设备，用于存储产生的绘图对象信息，以及(ii)坐标转换信息存储设备，用于存储产生的坐标转换信息，以及为所述的每个预定的信息单元，所述绘图设备通过将存储的坐标转换信息与存储的绘图对象信息结合，产生该三维图象。
2.根据权利要求1的图象产生装置，其特征在于多个由所述坐标转换信息产生设备产生的坐标转换信息被存储于所述坐标转换信息存储设备中，多个由所述绘图对象信息产生设备产生的绘图对象信息被存储于所述绘图对象信息存储设备中，以及所述绘图设备从坐标转换信息和绘图对象信息的期望组合中，产生该三维图象。
3.根据权利要求1的图象产生装置，其特征在于所述绘图应用程序处理器执行列表准备程序，用于准备绘图对象信息的列表；设置程序，用于设置坐标转换信息；以及执行指令程序，用于指示在所述绘图设备中执行绘图。
4.根据权利要求1的图象产生装置，其特征在于所述图形库包括用于管理坐标转换信息的功能；用于管理绘图对象信息的功能；以及用于控制所述绘图设备的功能。
5.根据权利要求1的图象产生装置，其特征在于所述绘图应用程序处理器包括用于提供有地图信息的功能，其中该地图信息包括来自结合在导航系统中的地图数据库的该三维坐标信息。
6.根据权利要求1的图象产生装置，其特征在于由所述图形库和所述绘图设备组成的系统具有相对于所述绘图应用程序处理器可替代的机制。
7.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于所述绘图设备产生透视的图象作为该三维图象。
8.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于坐标转换信息包括用于定义光源的信息，以及用于定义可视点和可视范围的信息。
9.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于可视点基于车辆驾驶员的可视点来设置。
10.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于可视范围基于车辆驾驶员的可视范围来设置。
11.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于三维图象中的可视点被设置在结合在导航系统中的显示设备的中心。
12.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于所述绘图设备通过叠加多个部分帧图象来产生三维图象，其中部分帧图象基于为每个对象而产生并存储的多个绘图对象信息而被产生。
13.根据权利要求12的图象产生装置，其特征在于所述图象产生装置还包括帧缓冲器，用于临时存储多个部分帧图象。
14.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于所述绘图应用程序处理器借助于所述坐标转换信息产生设备重新产生坐标转换信息，而为通常包含在两个连续三维图象中的对象保持绘图对象信息，其中这两个连续的三维图象以时间顺序互相不同。
15.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于所述绘图应用程序处理器和所述图形库为多任务操作中的多个三维图象，产生并存储绘图对象信息和坐标转换信息。
16.根据权利要求1至6任意一项的图象产生装置，其特征在于所述图象产生装置包括所述绘图设备。
17.一种电子设备，其特征在于所述电子设备包括按照权利要求16的图象产生装置；信息源，三维信息从该信息源提供到所述绘图应用程序处理器；以及显示设备，用于可视地输出由所述绘图设备产生的三维图象。
18.一种计算机程序，其特征在于所述程序使得计算机作为如权利要求1至16任意一项的图象产生装置而运行。
19.一种利用图象产生装置的图象产生方法，其中该图象产生装置具有绘图应用程序处理器和图形库，使绘图设备产生三维图象，其特征在于所述绘图应用程序处理器执行(i)用于产生绘图对象信息的绘图对象信息产生步骤，基于包含在要被产生的三维图象中的三维坐标信息，为每个预定的信息单元对在单一坐标系统下的每个对象产生图象；以及(ii)用于产生坐标转换信息的坐标转换信息产生步骤，用于在该三维图象要产生时至少定义可视点和可视范围，所述图形库执行(i)绘图对象信息存储步骤，用于存储产生的绘图对象信息，以及(ii)坐标转换信息存储步骤，用于存储产生的坐标转换信息，以及为每个预定的信息单元，所述绘图设备通过将存储的坐标转换信息与存储的绘图对象信息结合，产生该三维图象。
20.根据权利要求19的图象产生方法，其特征在于所述绘图应用程序处理器执行列表准备步骤，用于准备绘图对象信息的列表；设置步骤，用于设置坐标转换信息；以及执行指令步骤，用于指示在所述绘图设备中执行绘图。
21.根据权利要求19或20的图象产生方法，其特征在于所述图形库执行用于管理坐标转换信息的步骤；用于管理绘图对象信息的步骤；以及用于控制所述绘图设备的步骤。
全文摘要
一种图象产生装置(1)具有绘图应用程序处理器(11)和图形库(12)，它们使得绘图设备(13)产生三维图象。该绘图应用程序处理器(11)独立地包括坐标转换信息产生设备，用于产生坐标转换信息来产生图象；以及绘图对象信息产生设备，用于产生绘图对象信息。该绘图设备(13)通过将坐标转换信息与绘图对象信息结合来产生三维图象。从而，可获得高速产生图象的可执行性和绘图设备的替换性。
文档编号G06T19/00GK1568485SQ0281895
公开日2005年1月19日 申请日期2002年9月25日 优先权日2001年9月26日
发明者松本令司, 安达肇 申请人:日本先锋公司