DE102010025649A1 - Method for generating digital three-dimensional model for topographic terrain from digital map data for use by e.g. mobile telephone, for mountain route, involves determining height scale for generating model for selected topographic region - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Ermitteln eines Höhenmaßstabs für ein topographisches Terrain aus digitalen Kartendaten, insbesondere zur Verwendung durch eine Navigationsvorrichtung.The present invention relates to a technique for determining a height scale for a topographical terrain from digital map data, in particular for use by a navigation device.
Stand der TechnikState of the art
Während die frühen Navigationsvorrichtungen lediglich in der Lage waren, digitale Kartendaten in zwei Dimensionen wiederzugeben, besitzen moderne Navigationsvorrichtungen häufig die Fähigkeit, aus den digitalen Kartendaten ein dreidimensionales Modell eines topographischen Terrains zu erstellen und anzuzeigen. Das dreidimensionale Modell vermittelt einem Benutzer der Navigationsvorrichtung einen realistischeren Eindruck des interessierenden Terrains.While the early navigation devices were only able to render digital map data in two dimensions, modern navigation devices often have the ability to create and display a three-dimensional model of topographical terrain from the digital map data. The three-dimensional model gives a user of the navigation device a more realistic impression of the terrain of interest.
Allerdings hat sich in der Praxis herausgestellt, dass eine dreidimensionale Wiedergabe des Terrains viele topographische Gegebenheiten nur unzureichend vermittelt. So sind in flachen Gegenden die wenigen Erhebungen häufig nicht ausreichend erkennbar, wenn das dreidimensionale Modell auf einer Anzeigeeinrichtung der Navigationsvorrichtung dargestellt wird. In stark bergigen Gegenden wiederum ist die Darstellung oft unübersichtlich, da beispielsweise Teile einer Route von Bergen verdeckt sein können.However, it has turned out in practice that a three-dimensional rendering of the terrain does not sufficiently convey many topographical facts. Thus, in flat areas, the few surveys are often not sufficiently recognizable when the three-dimensional model is displayed on a display device of the navigation device. In heavily mountainous areas, in turn, the representation is often confusing because, for example, parts of a route may be covered by mountains.
Es wurde erkannt, dass die Unzulänglichkeiten herkömmlicher Wiedergabetechniken jedenfalls teilweise darauf basieren, dass zur Erzeugung des dreidimensionalen Modells Höhenmaßstab und Längenmaßstab übereinstimmen.In any case, it has been recognized that the deficiencies of conventional rendering techniques are in part due to the fact that the height scale and length scale match to produce the three-dimensional model.
Kurzer AbrissShort outline
Die vorliegende Erfindung trachtet nach einer Lösung zumindest eines der vorstehend beschriebenen sowie nach Lösungen weiterer Probleme.The present invention seeks to solve at least one of the problems described above as well as solutions to further problems.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Erzeugen eines digitalen dreidimensionalen Modells für ein topographisches Terrain aus digitalen Kartendaten insbesondere für eine Navigationsvorrichtung vorgesehen, wobei für das Modell ein Längenmaßstab in x/y-Richtung und ein Höhenmaßstab in z-Richtung Verwendung findet und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Auswählen einer durch eine Untermenge der digitalen Kartendaten definierten topographischen Region; Ermitteln eines Höhenmaßstabs für die ausgewählte topographische Region auf der Grundlage eines Schwankungsmaßes, welches für die ausgewählte topographische Region eine Höhenschwankung in z-Richtung angibt; und Erzeugen eines digitalen Modells für zumindest einen Teil der ausgewählten topographischen Region auf der Grundlage des ermittelten Höhenmaßstabs und eines vorgegebenen Längenmaßstabs.According to the invention, a method is provided for generating a digital three-dimensional model for a topographical terrain from digital map data, in particular for a navigation device, wherein a length scale in the x / y direction and a height scale in the z direction are used for the model and wherein the method is the following Steps include: selecting a topographic region defined by a subset of the digital map data; Determining a height scale for the selected topographic region based on a measure of variance indicative of height variation in the z-direction for the selected topographic region; and generating a digital model for at least a portion of the selected topographic region based on the determined height scale and a predetermined length scale.
Die digitalen Kartendaten können beispielsweise Längen- und Höheninformationen für ganze Länder oder Kontinente umfassen. Da solche Kartendaten in herkömmlichen Navigationsvorrichtungen bereits seit langem Verwendung finden, werden ihre Struktur und ihr Format hier nicht näher erläutert.For example, the digital map data may include length and height information for entire countries or continents. Since such map data has been used for a long time in conventional navigation apparatuses, its structure and format will not be described here.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Höhenmaßstab unter Verwendung einer Datenbank ermittelt, die einer Mehrzahl vordefinierter topographischer Regionen jeweils einen Höhenmaßstab zuordnet, und wobei jeder Höhenmaßstab auf einem für die zugeordnete Region vorab berechneten Schwankungsmaß basiert. Dieser Ansatz kann z. B. das Problem unzureichender Echtzeit-Rechenkapazitäten lösen, da regionenindividuelle Schwankungsmaße offline berechnet und beispielsweise als zusätzliche Parameter in die digitalen Kartendaten, die ebenfalls in der Datenbank abgespeichert sein können, integriert werden können.According to one embodiment of the method according to the invention, the height scale is determined using a database which in each case assigns a height scale to a plurality of predefined topographical regions, and wherein each height scale is based on a fluctuation factor calculated in advance for the assigned region. This approach can, for. B. solving the problem of inadequate real-time computing capacity, since region-specific fluctuation measures calculated offline and, for example, as additional parameters in the digital map data, which can also be stored in the database, can be integrated.
Gemäß einer anderen Weiterbildung wird das Schwankungsmaß (beispielsweise durch eine Navigationsvorrichtung) zumindest teilweise in Echtzeit berechnet. Zusätzlich hierzu kann das Schwankungsmaß teilweise vorab berechnet werden. Das heißt, das Schwankungsmaß kann entweder vollständig vorab, vollständig in Echtzeit oder teilweise vorab und teilweise in Echtzeit berechnet werden. Im Falle einer teilweisen Berechnung in Echtzeit kann der Vorabanteil Schwankungsmaße pro Gebiet und/oder Rasterung angeben und kann der Echtzeitanteil eine Verfeinerung der vorab berechneten Schwankungsmaße für die (anzuzeigende) topographische Region ermöglichen. Ebenso im Falle einer teilweisen Berechnung in Echtzeit kann der Vorabanteil die Anzahl von Polygonen pro Gebiet und/oder Rasterung angeben und kann der Echtzeitanteil eine Verfeinerung der vorab berechneten Schwankungsmaße für die topographische Region ermöglichen.According to another development, the fluctuation amount (for example, by a navigation device) is calculated at least partially in real time. In addition, the fluctuation amount can be partially calculated in advance. That is, the level of fluctuation can be calculated either completely in advance, completely in real time, or partly in advance and partly in real time. In the case of a partial real-time calculation, the pre-share may indicate variations per area and / or screening, and the real-time part may allow refinement of the pre-calculated fluctuation measures for the topographical region (to be displayed). Also, in the case of partial real-time computation, the prebranch portion may indicate the number of polygons per region and / or rasterization, and the real-time component may allow for refinement of the pre-computed topographical region variability measures.
Basierend auf diesen Vorab- und Echtzeitanteilen kann ein Kompromiss zwischen Speicher- und Rechenlast je nach Ressourcenlage zum Beispiel für die Navigationsvorrichtung geschlossen werden. Gilt es, Speicherplatz zu sparen, kann eine rechenintensivere (bis hin zu einer rein echtzeitbasierten) Berechnung des Schwankungsmaßes gewählt werden; gilt es dagegen, die Rechenbelastung zu senken, so kann eine speicherintensivere (bis hin zu einer rein vorab durchgeführte) Berechnung durchgeführt werden.Based on these up-front and real-time shares, a compromise between memory and computational load can be deduced, depending on the resource situation, for example for the navigation device. If it is necessary to save storage space, a more computation-intensive (up to a purely real-time-based) calculation of the fluctuation measure can be selected; If, on the other hand, it is necessary to reduce the computational load, then a more memory-intensive computation (up to a purely preprocessed computation) can be carried out.
Außerdem kann die ausgewählte Untermenge der Kartendaten relativ zu einem wiederzugebenden (z. B. darzustellenden) Bereich der topografischen Region auf der Grundlage einer Maßzugabe zu dem wiederzugebenden Bereich definiert werden. Die Maßzugabe kann z. B. 25% des wiederzugebenden Bereichs betragen. Diese Weiterbildung kann geeignet sein, um z. B. das Problem einer Echtzeitanpassung des Höhenmaßstabs zu lösen. In addition, the selected subset of the map data may be defined relative to a region of the topographical region to be rendered (eg, to be displayed) based on a measure addition to the region to be rendered. The Maßzugabe can z. B. 25% of the area to be reproduced. This development may be suitable to z. B. solve the problem of a real-time adaptation of the height scale.
In einer Implementierung wird das Schwankungsmaß auf der Grundlage einer Mittelwertbildung ermittelt. Wenn hier und später von einem Mittelwert die Rede ist, können allgemein verschiedenste mathematische Methoden zur Mittelwertbildung verwendet werden.In one implementation, the variance is determined based on averaging. If an average value is mentioned here and later, generally a variety of mathematical methods can be used for averaging.
Beispielsweise kann der Schritt des Ermittelns des Höhenmaßstabs ferner umfassen: das Definieren eines Mittelwerts von Höhen in der z-Richtung aus N Höhenwerten für die Untermenge der topografischen Region, wobei N ≥ 2; das Definieren des Schwankungsmaßes auf der Grundlage des Mittelswerts (z. B. als ein Mittelwert von N Abweichungen der N Höhenwerte von dem Mittelwert in der z-Richtung für die Untermenge der Kartendaten); und das Anpassen, für die Untermenge, des Höhenmaßstabs in der z-Richtung der topografischen Region auf der Grundlage des Schwankungswerts. Alternativ kann der Schritt des Definierens des Mittelwerts ein Entnehmen von N Höhenwerten aus der Untermenge; Aufaddieren aller N Höhenwerte; und Teilen des Ergebnisses durch die Anzahl N umfassen.For example, the step of determining the height scale may further include: defining an average of elevations in the z-direction from N height values for the subset of the topographical region, where N ≥ 2; defining the amount of fluctuation based on the mean value (eg, as an average of N deviations of the N height values from the mean value in the z-direction for the subset of the map data); and adjusting, for the subset, the height scale in the z-direction of the topographical region based on the fluctuation value. Alternatively, the step of defining the mean value may include taking N height values from the subset; Adding up all N altitude values; and dividing the result by the number N.
Der Schritt des Definierens des Schwankungsmaßes kann das Berechnen einer Varianz als Quotient, dessen Dividend die Summe der Quadrate der Differenzen zwischen dem Mittelwert und den N Höhenwerten ist und dessen Divisor die Anzahl N ist; und das Berechnen des Schwankungsmaßes als Standardabweichung, die die Quadratwurzel der Varianz ist, umfassen. Ferner kann der Schritt des Definierens des Schwankungsmaßes ein Berechnen des Schwankungsmaßes als Quotient, dessen Dividend die Summe der Beträge der Differenzen zwischen dem Mittelwert und den N Höhenwerten ist und dessen Divisor die Anzahl N ist, umfassen. Zudem können die N Höhenwerte Werte über Normalnull oder Normalhöhennull sein. All diese Weiterbildungen können für sich genommen oder in einer beliebigen Kombination zu einer naturalistischen und zugleich übersichtlichen Darstellung der Untermenge geeignet sein.The step of defining the fluctuation measure may be calculating a variance as a quotient whose dividend is the sum of the squares of the differences between the mean and the N height values and whose divisor is the number N; and calculating the variance as the standard deviation, which is the square root of the variance. Further, the step of defining the fluctuation amount may include calculating the fluctuation amount as a quotient whose dividend is the sum of the amounts of the differences between the mean value and the N height values and whose divisor is the number N. In addition, the N altitude values may be values above sea level or normal altitude. All these further developments can be taken alone or in any combination suitable for a naturalistic and at the same time clear presentation of the subset.
Gemäß einer Variante wird die Untermenge durch einen Cluster in einer Kartendatenbank definiert. Unter einem Cluster wird im Zusammenhang mit digitalen Kartendaten ein Datensatz für eine vorbestimmte geographische Region verstanden.According to one variant, the subset is defined by a cluster in a map database. Under a cluster is understood in the context of digital map data, a record for a predetermined geographical region.
Die Region kann wiederholt (z. B. fortlaufend) auf der Grundlage eines Positionssignals neu ausgewählt bzw. bestimmt werden. Ferner kann das digitale Modell für die neu ausgewählte Region wiederholt (z. B. fortlaufend) neu erzeugt werden. Das Positionssignal kann von einem Positionssensor (z. B. einem GPS-Sensor) lokal erzeugt werden oder aber von einer externen Einheit (z. B. drahtlos) empfangen werden.The region may be repeatedly selected (eg, continuously) based on a position signal. Further, the digital model for the newly selected region may be repeatedly recreated (eg, contiguously). The position signal may be generated locally by a position sensor (eg, a GPS sensor) or received by an external device (eg, wirelessly).
Außerdem kann das Verfahren den Schritt des Anzeigens des erzeugten digitalen Modells auf einer Anzeigeeinrichtung umfassen. Die Anzeige kann zusammen (z. B. überlagert) mit einer von der Navigationsvorrichtung berechneten Route erfolgen.In addition, the method may include the step of displaying the generated digital model on a display device. The display can be performed together (eg superimposed) with a route calculated by the navigation device.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren durch eine Navigationsvorrichtung ausgeführt. Die Navigationsvorrichtung kann portabel oder (z. B. in einem Fahrzeug) fest eingebaut sein. Ein portables Navigationsgerät kann beispielsweise die Gestalt eines Mobiltelefons, eines Notebooks, eines Musikwiedergabegeräts (MP3-Spieler), usw. haben.According to a development of the method according to the invention, the method is carried out by a navigation device. The navigation device may be portable or permanently installed (eg in a vehicle). For example, a portable navigation device may take the form of a mobile phone, a notebook, a music player (MP3 player), and so on.
Die Erfindung sieht ebenfalls ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeab schnitten zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer oder mehreren Computereinrichtungen ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein.The invention also provides a computer program product with program code sections for performing the method according to the invention when the computer program product is executed on one or more computer devices. The computer program product may be recorded on a computer readable recording medium.
Weiterhin sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen eines digitalen dreidimensionalen Modells für ein topographisches Terrain aus digitalen Kartendaten für eine Navigationsvorrichtung vor, wobei für das Modell ein Längenmaßstab in x/y-Richtung und ein Höhenmaßstab in z-Richtung Verwendung findet und wobei die Vorrichtung umfasst: eine Auswahleinrichtung, die eingerichtet ist, um eine durch eine Untermenge der digitalen Kartendaten definierte topographische Region auszuwählen; eine Ermittlungseinrichtung, die eingerichtet ist, um einen Höhenmaßstab für die ausgewählte topographische Region auf der Grundlage eines Schwankungsmaßes zu ermitteln, welches für die ausgewählte topographische Region eine Höhenschwankung in z-Richtung angibt; und eine Erzeugungseinrichtung, die eingerichtet ist, um ein digitales Modell für zumindest einen Teil der ausgewählten topographischen Region auf der Grundlage des ermittelten Höhenmaßstabs und eines vorgegebenen Längenmaßstabs zu erzeugen.Furthermore, the invention provides an apparatus for generating a digital three-dimensional model for a topographical terrain from digital map data for a navigation device, wherein the model uses a length scale in the x / y direction and a height scale in the z direction and wherein the device comprises a selection means arranged to select a topographic region defined by a subset of the digital map data; determining means arranged to determine a height scale for the selected topographical region based on a fluctuation measure indicative of height variation in the z-direction for the selected topographical region; and generating means arranged to generate a digital model for at least a portion of the selected topographic region based on the determined height scale and a predetermined length scale.
Die Vorrichtung kann weiterhin eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen des erzeugten digitalen Modells und/oder einen Positionssensor umfassen. Weiterhin kann die Vorrichtung in eine Navigationsvorrichtung integriert sein.The device may further comprise a display device for displaying the generated digital model and / or a position sensor. Furthermore, the device can be integrated in a navigation device.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die beiliegenden Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die die vorliegende Erfindung jedoch in keiner Weise einzuschränken ist. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Funktionsblöcke bzw. -schritte. Es sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung von einzelnen Funktionsblöcken oder -schritten nicht die Möglichkeit ausschließt, dass die jeweilige zu Grunde liegende Funktionalität auf mehreren Einrichtungen bzw. in mehreren Schritten zu implementieren ist. Es zeigen:The accompanying drawings show embodiments of the invention, to which, however, the present invention is in no way limited. In the drawings, like reference numerals designate the same or similar functional blocks or steps. It should be noted that the presentation of individual functional blocks or steps does not preclude the possibility that the respective underlying functionality may be implemented on multiple devices or in multiple steps. Show it:
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die Vorrichtung
Im Speicher
Wie durch die gestrichelte Erweiterung der Kernfunktionalität
In Schritt S1 wählt z. B. die Auswahleinrichtung
In Schritt S2 ermittelt die Ermittlungseinrichtung
Zur Ermittlung des Höhenmaßstabs wird in Schritt S2 ein Mittelwert (μ) über N Höhenwerte (N ≥ 2) aus der Untermenge der Kartendaten gebildet, wobei die N Höhenwerte z. B. aus einem Koordinatennetz der Untermenge mit einer Schrittweite von z. B. 10–4 Grad Längengrad und 10–4 Grad Breitengrad entnommen werden können. Der so gewonnene Mittelwert kann als Grundlage für die Bestimmung einer statischen Standardabweichung (als Quadratwurzel der Varianz) dienen, oder kann zu einem weniger rechenintensiven Schwankungswert verarbeitet werden:
Der aus dem Schwankungsmaß (z. B. aus der Standardabweichung) resultierende Höhenmaßstab kann Werte z. B. von 0,5 bis 5 annehmen, wobei die Werte sich auf das Verhältnis zum Längenmaßstab beziehen. Ein Höhenmaßstab von 2 ist damit doppelt so gewählt wie ein vorgegebener Längenmaßstab. Stellt die Untermenge z. B. einen Ausschnitt eines Gebirges (z. B. der Alpen) dar, dann führt ein mit 1 skalierter Höhenmaßstab zu einer realistischen Darstellung. Ein mit 3 skalierter Höhenmaßstab führt z. B. zu einer verstärkten Sichtbarkeit von kleineren Erhebungen in einer allgemein flachen Gegend, die bei einer Skalierung mit 1 kaum sichtbar wären. Zum Beispiel erscheint so ein Hügel von 100 m relativer Höhe, der sich auf einem Hochplateau von 5000 m Höhe befindet in ähnlicher Weise wie ein Hügel, der sich auf einer absoluten Höhe von 20 m befindet.The height scale resulting from the fluctuation amount (eg from the standard deviation) may be values z. From 0.5 to 5, the values relating to the ratio to the linear scale. A height scale of 2 is thus twice as chosen as a given length scale. Represents the subset z. If, for example, it is a section of a mountain (eg the Alps), then a scaled scale of 1 results in a realistic representation. For example, a 3-scale elevation scale results in For example, to increase the visibility of smaller bumps in a generally flat area that would be barely visible at a 1 scale. For example, a hill of 100 m relative height, which is located on a high plateau 5000 m high, appears in a similar way to a hill, which is at an absolute height of 20 m.
In Schritt S3 erzeugt z. B. die Erzeugungseinrichtung
Schließlich, in einem optionalen Schritt S4, zeigt die Anzeigeeinrichtung
Das dargestellte Terrain, das auf die beschriebene Weise betont wird, kommt ferner der subjektiven Wahrnehmung des Benutzers entgegen: Einerseits wird vermieden, dass einige Bereiche überhaupt nicht sichtbar sind, andererseits wird vermieden, dass das dargestellte Terrain übermäßig betont wird oder aber eine angezeigte Route überdeckt.The presented terrain, which is emphasized in the manner described, also counteracts the subjective perception of the user: on the one hand it avoids that some areas are not visible at all, on the other hand it avoids that the displayed terrain is over-emphasized or covers a displayed route ,
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