專利名稱：從數字地圖顯示高程信息的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于從數字地圖產生顯示的設備和方法，所述顯示包括高程信息的表 示。本發明尤其適用于導航裝置(包括便攜式導航琴置(所謂的PND))，但可用在用于 從數字地圖信息產生顯示的任一類型的處理裝置中。
背景技術：
己知用于在由電子地圖產生的顯示中逭染高程信息的兩種方法，即(i)表示相同 高程的點的等值線(也被稱為等高線)；以及(ii)用以表示高程信息的地圖色彩的著色。
雖然等值線可提供高程的準確表示，但等值線可使地圖顯示混雜且對于所有用戶并非都 是直觀的。地圖混雜可為當在相對小的電子顯示裝置上顯示地圖時或當還需要顯示例如 導航和位置信息等其它地圖信息時的特定問題。著色可提供對高程信息的較直觀的表示 而不會使顯示混雜。如本文中所使用，術語"著色"意指使地圖色彩加深和/或變淺，類 似于正著色或負著色。
參看圖1，用于著色的常規技術為將著色作為地圖色彩的靜態特征包括于數字地圖
中。通過處理包括高程數據的地圖源信息10以將著色創建為數字地圖12中的背景色彩 內的靜態模板而產生數字地圖12。為顯示數字地圖12，渲染過程14用于以由顯示縮放 比例輸入16表示的所要顯示縮放比例產生包括固定高程著色模板的圖像18。
在設計本發明時，已了解上述技術在適于以不同觀看縮放比例或縮放水平來顯示地 圖的能力方面缺少很多精細性。著色固定為數字地圖12的部分且并非適應性的。著色 圖案也取決于在形成數字地圖12時所使用的特定著色技術。不同著色技術基于相同高 程數據形成不同著色圖案。雖然特定著色技術可適于以特定顯示縮放比例顯示地圖，但 以其它顯示縮放比例產生顯示可要求對著色圖案的內插或平均化。此可形成高程著色的 嚴重不準確性。舉例來說，隨著顯示縮放比例變化，立視圖中的山峰和山谷可因平均化 或內插不準確性而看似改變了形狀和位置。
已謹記上述問題而設計本發明
發明內容
為實現此目的，本發明的目前優選的實施例提供一種渲染從數字地圖信息產生的顯 示圖像的方法。所述方法包括以下步驟 從所述數字地圖信息確定高程信息； 確定所述顯示圖像的顯示縮放比例信息；以及 確定應用于所述顯示圖像中的像素的著色值，和
將所述著色值應用于所述顯示圖像中的相應像素，以產生通過像素著色來表示高程 信息的顯示。
所述著色值作為所述高程信息和所述顯示縮放比例信息的函數而變化，借此產生所 述顯示以通過隨顯示縮放比例而變化的像素著色來表示高程信息。
本發明的特征和優勢包括(i)以與正使用的顯示縮放比例相關的高程著色來動態 地渲染地像的能力；(ii)隨著顯示縮放比例在兩個極端之間變化而平滑地變化高程 著色的能力；以及(iii)避免現有技術中所使用的單一固定著色圖案的問題。


下文將以說明性實例的方式參考附圖來描述本發明的教示的各個方面和包含那些 教示的布置，附圖中-
圖1為在形成數字地圖期間著色的常規應用的示意性說明；
圖2為本發明的優選實施例中的處理的示意性說明，其使用動態處理以使用顯示縮
放比例信息來渲染地圖顯示；
圖3為優選實施例的著色算法中所使用的加權函數的示意性說明；
圖4為優選實施例的著色算法中所使用的次加權函數的示意性說明；
圖5a到圖5f為以不同顯示縮放比例的經渲染的地像的截屏的示意性說明，從
圖5a到圖5f其顯示縮放比例減小(拉遠高度增加)； 圖6為PND的示意性透視圖7為用于車輛中的用途的PND的示意性透視圖；以及 圖8為基于網絡的地圖顯示系統的示意性框圖。
具體實施例方式
現參考用于使用數字地圖來產生顯示的任一系統來描述本發明的優選實施例。所述 系統可包含自主裝置，例如，便攜式導航裝置、便攜式地圖觀看器、包括定位系統的裝 置(例如，基于衛星的定位系統，例如全球定位系統(GPS))、便攜式數字助理(PDA)、便攜式計算機或非便攜式計算機。或者，所述系統可包含存儲數字地圖的服務器和遠程 終端或計算機，所述遠程終端或計算機經配置以基于在例如因特網或內聯網等一個或一 個以上網絡上從所述服務器接收的信息來產生數字地圖的顯示。高程信息的提供尤其有 用的一個應用為用于步行和徒步旅行導航裝置或系統。
圖2示意性地說明用于在優選實施例中產生包括高程著色的地圖顯示的技術。數字 地圖20包括高程信息20a，其指示在數字地圖20中的不同點處的高程。數字地圖20可 為存儲于任一合適存儲媒體(例如但不限于，光學存儲媒體、非易失性電子存儲器、易 失性電子存儲器、磁性存儲媒體或磁光存儲媒體)中的地圖信息的數據庫。高程信息20a 可表示值的柵格(點的矩陣)。存儲數據的方式并不造成差異。作為實例，地球表面可 被劃分成3"緯度和3"經度的一些小片。這意味著數據矩陣中的兩個鄰近點之間的垂直距 離將為3"(考慮到諱度的一度的長度幾乎相同而與位置無關，其為約卯m)。水平距離 也將為3"(在此情況下，以米計的值將取決于緯度)。
地圖渲染模塊22基于以下信息而動態地渲染顯示圖像24: (i)從數字地圖20接收 的地圖信息26; (ii)也從數字地圖20接收的高程信息26a;以及(iii)指示圖像24的 顯示縮放比例(即，地像向地圖拉近或從地圖拉遠的程度)的顯示縮放比例信息28。 在一種形式中，顯示縮放比例由地圖上方的象征性觀看(或拉遠)高度值"z"表示。 相對大的顯示縮放比例由z的相應小值表示，且相對小的顯示縮放比例由z的相應大值 表示。地圖渲染模塊22可包含專用的圖形處理器電路和/或由通用處理器執行的渲染軟 件。
地圖渲染模塊22經配置以通過應用著色算法來渲染地圖，所述著色算法使地圖色 彩加深和/或變淺以在地像24中表示高程。輸出將由應用于屏幕上的每一像素的著 色的百分比表示。屏幕通常由像素矩陣表示，所述像素矩陣給出屏幕的分辨率。每一像 素具有與(在此情況下)其表示的地貌的形式相關聯的色彩(例如，用于草原、森林、 建筑區等的不同色彩)，如由地圖信息26表示。術語"著色百分比"為色彩應加深或變 淺(加白)的程度的指示。負著色百分比使色彩較接近白色，且正著色百分比使色彩較 接近黑色。著色算法是以下信息的函數(i)來自數字地圖20的高程信息20a/26a;以 及(ii)顯示縮放比例信息28。著色算法經配置以作為顯示縮放比例信息的變化函數基 于相同高程信息而使著色式樣變化。換句話說，隨著顯示縮放比例變化，不僅著色的放 大率變化，而且著色的式樣也變化。此使得著色的式樣能夠適于圖像24的顯示縮放比 例。
在解釋全面的著色算法之前，說明著色的兩種不同式樣如何產生適用于不同顯示縮放比例的不同著色圖案是有用的。
第一著色式樣為在圖像中應用取決于個別點的絕對高程的著色。在圖5f中說明主要 使用此式樣而產生的典型著色圖案。較深圖像著色表示較高高程的點。舉例來說，由暗 度著色的局部最大值的區指示山峰30,而由暗度的局部最小值(亮度的局部最大值)的 區指示山谷32。此第一類型的著色式樣適用于相對小的顯示縮放比例(較高程度地從地 圖拉遠)，其中，可能在地像中的緊密接近處存在絕對高程的顯著改變。第一著色 式樣較不適用于相對大的顯示縮放比例(向地圖拉近)，其中，高程在整個顯示圖像上 可能大體上相同，進而導致混淆局部地貌特征的幾乎恒定的著色。
非常不同的第二著色式樣是基于高程斜度，即，顯示圖像中的在特定取樣方向(例 如，從西北到東南)上取得的鄰近點之間的高程差。以一種類型的著色(例如，以較淺 色彩34)渲染負斜度，且以另一類型的著色(例如，較深色彩36)渲染正斜度。斜度 越陡，所使用的色彩越淺或相應越深。在圖5a中說明主要使用此式樣而產生的典型著 色圖案。此第二著色式樣適用于較大的顯示縮放比例(向地圖拉近)，其對局部地貌細 節更具響應性(雖然絕對高程可能僅極少地改變)，且可產生用于大顯示縮放比例的直 觀著色。然而，第二著色式樣技術較不適用于小顯示縮放比例，其中計算斜度所基于的 兩個顯示點可在地理上為遙遠，且因此計算這些點之間的斜度可能不提供有用信息。舉 例來說，如果兩個顯示點處于約相同高程，但在山峰的相對側，則使用第二技術將不會 通過任何著色來表示山峰，因為在兩個顯示點處的高程之間存在極小的差異，且可容易 丟失重要的高程特征。
在本發明實施例中，著色算法優選組合第一和第二不同著色函數或式樣，其各由相 應系數加權，所述系數指示每一著色函數作為著色算法的分量的貢獻的相應強度。優選 地，所述系數作為顯示縮放比例信息28 (例如，拉遠高度"z")的函數而變化。更優選 地，所述系數作為顯示縮放比例信息的大體上連續的函數而變化。當使用兩個著色函數 時，可使用單一系數/W，其中/^取零與1之間的值(/(%)e
)，其中/fe)表示一個著 色函數的權數，且1-/^)表示另一著色函數的權數。
系數/ 可作為顯示縮放比例"z"的函數而線性地變化。然而，參看圖3，優選地， /"作為顯示縮放比例的函數而在兩個極限之間漸近地變化。以大顯示縮放比例和中等顯 示縮放比例(遠離地圖的小"拉遠"水平"z"和中等"拉遠"水平"z")，主要著色函 數為基于斜度的著色函數(第二著色函數)，且以小顯示縮放比例(高"拉遠"水平"z")， 主要著色函數為基于絕對高程的函數(第一著色函數)。值/在第一情況下較大且在第二 情況下較小。在優選實施例中，且使用以下變量:
-fl高程斜度的角度，
-A當前高度(高程)和
-Z拉遠水平(顯示縮放比例)，
著色百分比^將由以下函數給出
",(si剩)
或以較明確的形式
其中/e
(加權因子)為取區間o...l中的值的縮放水平的函數，P—"")為斜
度相依的著色百分比函數(上文涉及的第二著色函數)，且^"—(W為絕對高度相依的著 色百分比函數(上文涉及的第一著色函數)。
如圖3中所說明，函數/fe)優選經選擇以由含兩個貝茲(Bezier)樣條曲線的序列構 成。支持此方法的主要理念在于使用在z接近A時"幾乎"漸近于0且在z接近E時"幾 乎"漸近于1的函數。我們可在此情況下將A中的縮放值z看作在此情況下考慮的最低 縮放水平且將E中的值看作最高縮放水平。選擇含兩個貝茲樣條(見ABC和CDE)的 序列可實現針對高達損益平衡點C的演進和此后的演進來選擇不同收斂速率的自由度。 此類型的演進和所選擇的解決方案給予所述解決方案在兩個標準之間的最佳轉變是至 關重要的。控制點A、 B、 C、 D、 E可經調諧以實現兩個著色標準之間的最佳轉變。
可通過使用以下公式來計算上文所呈現的兩個著色百分比函數
<formula>formula see original document page 10</formula> ，其中、ax為海拔的常規最大值，和
<formula>formula see original document page 10</formula>主公式還包括用于"調諧"組合的著色效果的兩個次酉(sub-unitary)加權函數或
次要加權函數。『"sin("))分量為試圖使斜度的高度值衰減的次酉加權函數且具有遞減
的雙曲線圖形，所述雙曲線圖形在sin(")接近1時"幾乎"漸近地接近最小值(如圖4
中所說明)。^^^)具有相同類型的演進，但此次是隨著/z接近海拔的常規最大值。應注
意，『2(W也取決于海拔/z,但相對于^一"W的主要差異在于，在此情況下，高度僅 用于強調相對于海拔的全局計算的百分比尸以給出山體外形(missive)的整體視圖，但 其并不改變渲染的性質(著色百分比的正負號并不改變)。在相同海拔處，具有相同斜 度的兩個像素將具有相同著色百分比。唯一的差異在于，相同斜度在較高海拔處比在平 原中更可見。這些次要加權函數提供對顯示中的圖形效果的有用調諧，但在優選的情況 下可忽略。
圖5說明針對不同拉遠水平的一定范圍的截屏以說明所述方法工作的方式。所述截 屏展示著色算法如何針對阿爾卑斯山脈(在意大利的Alagna Valssesia周圍)中的一區域 從中等縮放水平開始到較高縮放水平而工作。拉遠水平為圖5a， z = 372 (加權系數 /(^ =0);圖5b， z=561 (加權系數/f^=0.091);圖5c， z=846 (加權系數"z戶0.201 );圖 5d， z=1134 (加權系數昨戶0.355);圖5e， z=1520 (加權系數/「"=0.595);以及圖5f， z=3073 (加權系數《z) = 0.743)。基于斜度的著色是從西北到東南進行。在圖5中，可 看到，隨著拉遠水平增加(從大顯示縮放比例移動到小顯示縮放比例)，顯示如何從 一種類型的著色式樣渲染轉換到另一類型的著色式樣渲染。負的較淺斜度變深，但整個 圖像繼續給出地貌的準確圖像。關于圖3，可使用縮放水平閾值的以下值
-A點(開始轉變)-2 = 500，
-C點(損益平衡點)-z = 1500,
-E點(結束轉變)-2 = 4500。
在本發明實施例中，將高程信息20a提供作為數字地圖20中的點的絕對高程信息， 且渲染模塊22執行計算應用于每一顯示像素的著色百分比所必需的全部計算。在替代 形式中，高程信息20a可替代地或額外地包括適用于著色算法的預先計算的值(例如，
h、 a、 Ae妙")、《 e(")和/或/^中的一者或一者以上的值)，以減小渲染模塊內的計 算負擔。在一種替代方案中，根據第一和第二不同著色函數，高程信息20a可被直接表 示為預先計算的著色百分比。盡管可在數字地圖20中預先計算著色百分比，但通過使用與上述原理相同的原理來應用兩個預先計算的百分比的加權組合，為同一點提供至少 第一和第二不同著色百分比可實現根據顯示縮放比例的動態渲染。在圖2中，在數字地 圖20中在20b處表示此額外高程信息。
雖然著色算法已被表達為可按需要由合適處理器計算的數學函數，但是一替代方案 為提供含有預先計算的值的函數地圖，例如，作為査找表坐標變量("為高程斜度的角 度，^為當前高度(高程)，且z為拉遠水平(顯示縮放比例))的函數。可在地圖顯示 設備內提供此預先計算的函數地圖，或其可作為表示數字地圖20的數據的整體部分(在 圖2中表示于20c處)而并入。
圖6、圖7和圖8表示可實施優選實施例的技術的不同類型的設備。圖6說明手持 式PND50，且圖7說明適合在車輛中使用的PND 52。 PND 50和52通常通過使用半導 體和/或磁性存儲器媒體來存儲數字地圖20。 PND 50和52通常包括局部處理器，其通 過執行軟件來實施渲染模塊22。圖8說明聯網的計算機系統60，其包含經由網絡66與 一個或一個以上終端64通信的服務器62。網絡66可包括局部內聯網和/或更廣的因特 網(例如，萬維網)。服務器62存儲數字地圖20且在需要時將地像產生信息供應 到請求的終端64。在一種形式中，服務器62可執行圖像計算(包括地圖渲染模塊22的 功能)，以便將已渲染的圖像提供到終端64以供顯示。在另一形式中，終端64可基于 從服務器62接收的未渲染的信息來執行圖像計算(包括地圖渲染模塊22的功能)。或 者，地圖渲染模塊22的功能可在服務器62與終端64兩者之間經劃分以包括服務器處 理和局部終端處理。
應了解，雖然已在上文描述本發明的各種方面和實施例，但是本發明的范圍不限于 本文中所闡述的特定布置，而是，其延伸以涵蓋其處于所附權利要求書的范圍內的所有 布置和修改以及更改。
應注意，雖然隨附權利要求書闡述本文中所述的特征的特定組合，但是本發明的范 圍不限于下文所主張的特定組合，而是，其延伸以涵蓋本文中所揭示的特征或實施例的 任一組合，而不管此時特定組合是否已被特定列舉于隨附權利要求書中。
權利要求
1.一種渲染從數字地圖信息產生的顯示圖像的方法，所述方法包含從所述數字地圖信息(20)確定高程信息(20a)；確定所述顯示圖像的顯示縮放比例信息(28)；以及確定(22)應用于所述顯示圖像中的像素的著色值，將所述著色值應用于所述顯示圖像中的所述相應像素，以產生通過像素著色來表示高程信息的顯示(24)；其特征在于，所述著色值作為所述高程信息和所述顯示縮放比例信息的函數而變化，借此產生所述顯示，以通過隨顯示縮放比例而變化的像素著色來表示高程信息。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述確定(22)著色值的步驟包含根據確定每 一著色函數的相對貢獻的至少一個加權系數來組合第一和第二著色函數。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中所述至少一個加權系數依據所述顯示縮放比例信 息而變化。
4. 根據權利要求2或3所述的方法，其中所述第一著色函數是產生適用于小顯示縮放 比例圖像的著色式樣的函數。
5. 根據權利要求2、 3或4所述的方法，其中所述第一著色函數是依據絕對高程而變 化的函數。
6. 根據權利要求2到5中任一所述的方法，其中所述第二著色函數是產生適用于大顯 示縮放比例的著色式樣的函數。
7. 根據權利要求2到6中任一所述的方法，其中所述第二著色函數是依據高程斜度而 變化的函數。
8. 根據權利要求2到7中任一所述的方法，其中所述確定著色值的步驟包含使用由下 式表示的著色算法<formula>formula see original document page 3</formula>其中p為所述應用于像素的著色值； z為取決于顯示縮放比例的參數；/^為隨所述顯示縮放比例而在區間
中變化的加權系數；a為所述高程斜度；/7為所述絕對高程；A/。^為隨高程斜度而變化的著色函數； 尸^^為隨絕對高程而變化的著色函數； 『/和『2為常數。
9. 根據權利要求2到8中任一所述的方法，其中所述至少一個加權系數在值0與1之 間漸近地變化，所述值中的一者對應于相對大的顯示縮放比例，且所述值中的另一 者對應于相對小的顯示縮放比例。
10. 根據權利要求2到9中任一所述的方法，其中所述至少一個加權系數作為所述顯示 縮放比例信息的連續函數而變化。
11. 根據權利要求2到10中任一所述的方法，其中所述至少一個加權系數作為由第一 和第二貝茲樣條曲線序列表示的函數而變化。
12. 根據任一前述權利要求所述的方法，其中所述高程信息包含選自以下各項的至少一 個信息項絕對高程；高程斜度；表示第一高程著色函數的第一著色信息；表示第 二高程著色函數的第二著色信息。
13. —種計算機程序，其在由處理器執行時配置所述處理器以執行渲染從數字地圖信息 產生的顯示圖像的方法，所述方法包含從所述數字地圖信息(20)確定高程信息(20a); 確定所述顯示圖像的顯示縮放比例信息(28);以及 確定(22)應用于所述顯示圖像中的像素的著色值，將所述著色值應用于所述顯示圖像中的所述相應像素，以產生通過像素著色來表 示高程信息的顯示(24);其特征在于，所述著色值作為所述高程信息和所述顯示縮放比例信息的函數而變 化，借此產生所述顯示，以通過隨顯示縮放比例而變化的像素著色來表示高程信息。
14. 一種用于渲染從數字地圖信息產生的顯示圖像的設備，所述設備經配置以從所述數字地圖信息(20)確定高程信息(20a);確定所述顯示圖像的顯示縮放比例信息(28);以及確定(22)應用于所述顯示圖像中的像素的著色值，將所述著色值應用于所述顯示圖像中的所述相應像素，以產生通過像素著色來表示高程信息的顯示(24);其特征在于，所述著色值作為所述高程信息和所述顯示縮放比例信息的函數而變 化，借此產生所述顯示，以通過隨顯示縮放比例而變化的像素著色來表示高程信息。
15. 根據權利要求14所述的設備，其中所述設備經配置以通過根據確定每一著色函數 的相對貢獻的至少一個加權系數來組合第一和第二著色函數而確定所述著色值。
16. 根據權利要求15所述的設備，其中所述至少一個加權系數依據所述顯示縮放比例 信息而變化。
17. 根據權利要求15或16所述的設備，其中所述第一著色函數是產生適用于小顯示縮 放比例圖像的著色式樣的函數。
18. 根據權利要求15、 16或17所述的設備，其中所述第一著色函數是依據絕對高程而 變化的函數。
19. 根據權利要求15到18中任一所述的設備，其中所述第二著色函數是產生適用于大 顯示縮放比例的著色式樣的函數。
20. 根據權利要求15到19中任一所述的設備，其中所述第二著色函數是依據高程斜度 而變化的函數。
21. 根據權利要求15到20中任一所述的設備，其中所述確定著色值的步驟包含使用由 下式表示的著色算法<formula>formula see original document page 5</formula>其中p為所述應用于像素的著色值； Z為取決于顯示縮放比例的參數；/^為隨所述顯示縮放比例而在區間
中變化的加權系數； 為所述高程斜度；//為所述絕對高程；A,。^為隨高程斜度而變化的著色函數； 尸;^^為隨絕對高程而變化的著色函數； W和K為常數。
22. 根據權利要求15到21中任一所述的設備，其中所述至少一個加權系數在值0與1 之間漸近地變化，所述值中的一者對應于相對大的顯示縮放比例，且所述值中的另 一者對應于相對小的顯示縮放比例。
23. 根據權利要求15到22中任一所述的設備，其中所述至少一個加權系數作為所述顯 示縮放比例信息的連續函數而變化。
24. 根據權利要求15到23中任一所述的設備，其中所述至少一個加權系數作為由第一 和第二貝茲樣條曲線的序列表示的函數而變化。
25. —種攜載數字地圖(24)的存儲媒體，所述數字地圖包含所述數字地圖的第一區域 內的點的第一高程信息(20a)，其特征在于，所述數字地圖進一步包含所述數字地 圖的所述第一區域的第二高程信息(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 示用于形成相應第一和第二不同著色圖案的值，以用于以不同顯示縮放比例對所述 數字地圖的所述第一區域進行顯示渲染。
全文摘要
本發明描述一種用于渲染從數字地圖信息產生的顯示圖像的方法與設備。所述方法包括以下步驟從所述數字地圖信息確定高程信息(20a)；確定所述顯示圖像的顯示縮放比例信息(28)；以及確定(22)應用于所述顯示圖像中的像素的著色值，且將所述著色值應用于所述顯示圖像中的所述相應像素，以產生通過像素著色來表示高程信息的顯示(24)。所述著色值作為所述高程信息和所述顯示縮放比例信息的函數而變化，借此產生所述顯示，以通過隨顯示縮放比例而變化的像素著色來表示高程信息。
文檔編號G06F17/30GK101578636SQ200880001805
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月9日 優先權日2007年1月10日
發明者亞歷山德魯·謝爾伯內斯庫 申請人:通騰科技股份有限公司