使用硬件鑲嵌對(duì)道路和路線進(jìn)行圖形表示的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)總體上涉及使用硬件鑲嵌（tessellation)的制圖（cartographic)數(shù)據(jù)的 表示。具體而言，一種解決方案專用于根據(jù)描述路段的至少一個(gè)二維或三維道路輪廓的制 圖數(shù)據(jù)對(duì)路段進(jìn)行圖形表示。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，數(shù)字地圖數(shù)據(jù)包括道路邊緣數(shù)據(jù)和道路節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，以便再現(xiàn)路網(wǎng)。道路邊緣 表示路網(wǎng)內(nèi)在兩個(gè)連續(xù)的十字路口或交叉點(diǎn)之間的路段。道路節(jié)點(diǎn)表示在路網(wǎng)內(nèi)的十字路 口或交叉點(diǎn)。
[0003] 路網(wǎng)的圖形表示大體上在于路網(wǎng)的各個(gè)道路的道路輪廓的具體視覺(jué)再現(xiàn)。相似的 陳述適用于在路線計(jì)算函數(shù)的過(guò)程中的計(jì)算的路線的表示，其中在路線計(jì)算函數(shù)中，計(jì)算 的路線的道路輪廓被（完全或逐段）表示。道路輪廓描述了在制圖坐標(biāo)系內(nèi)的道路、路段 或路線的曲線輪廓。
[0004] 為了描述道路輪廓，所謂的形狀點(diǎn)已被保存在數(shù)字地圖數(shù)據(jù)內(nèi)。在這種情況下，每 個(gè)路段（或者每個(gè)道路邊緣）與描述路段的曲線輪廓的一系列形狀點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。每個(gè)形狀點(diǎn) 表示相對(duì)于制圖坐標(biāo)系的位置（例如，地理經(jīng)度和地理煒度）。
[0005] 在當(dāng)前表示方法中，利用分配給路段或路線的形狀點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行路段或路線的圖形 表示。根據(jù)形狀點(diǎn)的位置，表示道路輪廓，道路輪廓線性插在各個(gè)相鄰的形狀點(diǎn)之間。
[0006] 在圖IA和圖IB中顯示了通過(guò)在相鄰的形狀點(diǎn)之間的線性內(nèi)插實(shí)現(xiàn)的路段的這種 圖形表示的一個(gè)實(shí)例。圖IA顯示了由均在節(jié)點(diǎn)62處結(jié)束的路段60、63、64構(gòu)成的路網(wǎng)的 細(xì)節(jié)。由于路段顯示出強(qiáng)曲率，所以線性內(nèi)插在形狀點(diǎn)60 &、6013、63&、6313、64&與節(jié)點(diǎn)62之 間的曲線輪廓造成有角度的并且不平滑的過(guò)渡。從在圖IA中顯示的右邊的示意圖中立即 可見(jiàn)，在點(diǎn)60b、62、63a、64a上出現(xiàn)明顯的過(guò)渡，這些點(diǎn)通過(guò)極度失真的方式再現(xiàn)真實(shí)的曲 線輪廓。
[0007] 使曲線輪廓顯得更平滑的一種可能的方式包括提供其它的形狀點(diǎn)，以便進(jìn)一步減 小相鄰形狀點(diǎn)的間距，如在圖IB中顯示的左邊示圖中示意性表示。這里，額外的形狀點(diǎn)（由 小圓圈表示）插在現(xiàn)有的形狀點(diǎn)60a、60b、63a、63b、64a、64b之間。從在圖IB中的右邊的 示意圖中立即可見(jiàn)，實(shí)際上可以更平滑地并且因此更現(xiàn)實(shí)地表示曲線輪廓。
[0008] 然而，這種類(lèi)型的解決方案的缺點(diǎn)在于，在地圖數(shù)據(jù)內(nèi)提供的信息進(jìn)一步增加，結(jié) 果，需要甚至更多的內(nèi)存空間。而且，由于在圖形表示的過(guò)程中，必須單獨(dú)處理每個(gè)形狀點(diǎn)， 所以隨著形狀點(diǎn)的數(shù)量的增大，要表示的每個(gè)幀的處理時(shí)間增加。這以圖形表示的速度為 代價(jià)。然而，由于為了清楚地（liquid)表示，通常必須以每秒數(shù)次的頻率對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行 圖形更新，所以緩慢的圖形表示不可取。因此，由于性能的原因，所以選擇較小數(shù)量的形狀 點(diǎn)，因此，接受地圖數(shù)據(jù)的低質(zhì)量的圖形表示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，作為本公開(kāi)的基礎(chǔ)的目標(biāo)在于，提供一種改進(jìn)的圖形表示方法，該方法尤其 進(jìn)一步改進(jìn)了道路和路線的表不。
[0010] 根據(jù)本公開(kāi)的第一方面，提供了一種用于使用硬件鑲嵌對(duì)路段進(jìn)行圖形表示的計(jì) 算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其中，每個(gè)路段被分配對(duì)該路段的至少一個(gè)二維或三維道路輪廓進(jìn)行描 述的制圖數(shù)據(jù)。這里，所述方法包括以下步驟：提供對(duì)路段的道路輪廓進(jìn)行描述的參數(shù)化 (parametrisation);將路段的參數(shù)化逐段地分割成相互獨(dú)立的曲線段；為每個(gè)曲線段提 供至少一個(gè)鑲嵌因子，所述至少一個(gè)鑲嵌因子指定每個(gè)曲線段將在道路輪廓的方向上被細(xì) 分成多少個(gè)子段；基于所述至少一個(gè)鑲嵌因子，針對(duì)每個(gè)曲線段生成鑲嵌圖案；并且基于 所生成的鑲嵌圖案并且基于參數(shù)化的道路輪廓，生成能夠在屏幕上被表示的基元。
[0011] 路段可以描述在路網(wǎng)的兩個(gè)連續(xù)的十字路口或交叉點(diǎn)之間的道路部分或路線部 分。因此，路網(wǎng)或路線可以通過(guò)屬于路網(wǎng)或?qū)儆诼肪€的路段的圖形表示來(lái)圖形表示。
[0012] 道路輪廓可以描述路段或道路相對(duì)于預(yù)定的制圖坐標(biāo)系的曲線輪廓（例如，幾何 形狀）。換言之，道路輪廓可以再現(xiàn)路段的彎曲度。在一個(gè)變型中，路段的彎曲度描述由路 段的角度變化相對(duì)于路段的長(zhǎng)度構(gòu)成的比率。在地圖數(shù)據(jù)中考慮地形時(shí)，道路輪廓還可以 是三維的。每個(gè)路段的曲線輪廓可以由儲(chǔ)存在制圖數(shù)據(jù)內(nèi)的形狀點(diǎn)描述。具體而言，每個(gè)路 段可以描述為由一系列形狀點(diǎn)構(gòu)成。每個(gè)形狀點(diǎn)由其在制圖坐標(biāo)系內(nèi)的地理位置（煒度、 經(jīng)度并且在適當(dāng)?shù)那闆r下是高度）描述。
[0013] 可以根據(jù)向量圖形實(shí)現(xiàn)路段或道路的圖形表示。這里，每個(gè)路段可以借助于基元 來(lái)圖形表示。換言之，每個(gè)路段可以由基元組成或構(gòu)成。通過(guò)'基元'，人們理解基本的圖形 元素，包括點(diǎn)、線、三角形、矩形和/或多邊形。為了圖形表示的目的，由于要表示的任何區(qū) 域（表面）能夠表示為由三角形構(gòu)成，所以尤其地，三角形可以用作基元。而且，圖形處理 器（圖形處理單元或GPU)被頻繁地優(yōu)化以用于三角形基元的表示。要理解的是，除了三角 形以外的其他基元（例如，矩形）也可以用于路段的圖形表示。
[0014] 每個(gè)路段可以由針對(duì)曲線段生成的基元構(gòu)成并且用圖形表示。這里，為了路段的 圖形表示的目的生成基元取決于所生成的鑲嵌圖案。鑲嵌圖案可以指定參數(shù)化路段（曲線 段）要被分割成多少個(gè)基元。所述圖案還可以指定哪些基元（例如，三角形）要用于分割。 因此，鑲嵌圖案可以建立分割的程度（具有多個(gè)基元的細(xì)孔分割或者具有幾個(gè)基元的粗孔 分割）以及分割的類(lèi)型（矩形、三角形等）。
[0015] 因此，每個(gè)曲線段的曲線輪廓可以由所生成的基元線性內(nèi)插。這里，內(nèi)插的質(zhì)量可 以取決于在曲線輪廓的方向上生成的基元的數(shù)量。在這種情況下，在曲線段的曲線輪廓的 方向上的基元的數(shù)量可以由分配給道路輪廓的鑲嵌因子確定。
[0016] 對(duì)于每個(gè)曲線段，可以動(dòng)態(tài)地計(jì)算分配給道路輪廓的鑲嵌因子。這里，可以至少根 據(jù)每個(gè)曲線段的曲線輪廓，（單獨(dú)地）計(jì)算所述鑲嵌因子。可以通過(guò)如下方式計(jì)算所述鑲 嵌因子：與具有低彎曲度的曲線段相比，將更大的鑲嵌因子提供給具有高彎曲度的曲線段。 結(jié)果，可以確保具有高彎曲度的曲線段在道路輪廓的方向由較多的基元表示，而具有低彎 曲度的曲線段借助于幾個(gè)基元來(lái)圖形表示。通過(guò)使用大鑲嵌因子（因此，使用細(xì)孔鑲嵌）， 對(duì)于具有高彎曲度的曲線段，可以確保通過(guò)基元的圖形表示盡力地內(nèi)插曲線段的實(shí)際曲線 輪廓，從而保證曲線的平滑圖形表示。另一方面，具有低彎曲度或者幾乎線性輪廓的曲線段 僅僅需要幾個(gè)基元即可獲得曲線的平滑圖形表示。因此，通過(guò)以曲線段相關(guān)的方式生成分 配給曲線輪廓的鑲嵌因子，可以確定以何種細(xì)節(jié)精度來(lái)可以用圖形表示每個(gè)曲線段。
[0017] 為了計(jì)算分配給道路輪廓的鑲嵌因子，可以利用曲線段的在屏幕上（或者在某個(gè) 其他光學(xué)輸出介質(zhì)上）投射的曲線輪廓。根據(jù)視角，投射的曲線輪廓可以與路段的實(shí)際曲 線輪廓不同。例如，在側(cè)面圖模式中，具有高的實(shí)際彎曲度的曲線段可以在屏幕上大致線性 表示。對(duì)于這種類(lèi)型的路段，不需要在圖形表示中的高精度細(xì)節(jié)，因此，可以提供沿著道路 輪廓的小鑲嵌因子。
[0018] 根據(jù)一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)等式Utess= 2x Iog(S)/l〇g(e。)，可以計(jì)算為針對(duì)在參 數(shù)區(qū)間[Ut1J內(nèi)參數(shù)化的曲線段寫(xiě)的道路輪廓分配的鑲嵌因子，其中，U tass表示鑲嵌因 子，S指定預(yù)設(shè)的精度值，并且其中，根據(jù)參數(shù)化^的起點(diǎn)
終點(diǎn)
以及啟
通過(guò)計(jì)算連接起點(diǎn)I1和終點(diǎn)的&的直線與點(diǎn)I i的間 隔，來(lái)計(jì)算ε。。這里，&以及可以是投射在屏幕坐標(biāo)上的參數(shù)曲線的值。而且，預(yù) 設(shè)的精度值S可以按像素指定。所述值可以設(shè)為像素的一部分（例如，像素的一半）。應(yīng) 理解的是，預(yù)設(shè)的精度值還可以采用另一個(gè)值（例如，一個(gè)像素）。
[0019] 作為曲線輪廓相關(guān)的計(jì)算的替代或補(bǔ)充，還可以根據(jù)要表示的曲線段的視場(chǎng)，計(jì) 算分配給道路輪廓的鑲嵌因子。例如，從觀看者的角度來(lái)看，與緊鄰觀看者的曲線段相比， 可以更粗糙地細(xì)分位于更遠(yuǎn)處的曲線段（因此，可以通過(guò)更低精度的細(xì)節(jié)進(jìn)行圖形表示）。
[0020] 由于道路和路線在屏幕上不僅表示為一維線條，而是表示為具有某個(gè)（可變）道 路寬度的二維圖形對(duì)象，所以可以針對(duì)與道路輪廓垂直的方向（即，沿著道路寬度）提供另 一鑲嵌因子。這里，分配給道路寬度的鑲嵌因子采用恒定值。例如，該鑲嵌因子可以取值1。 在這種情況下，在道路寬度的方向不實(shí)現(xiàn)任何鑲嵌（即，不進(jìn)一步分割成基元）。當(dāng)然，根據(jù) 一個(gè)替代的變型，在道路寬度的方向上的鑲嵌因子還可以采用另一個(gè)值。在這兩種情況下， 在道路寬度的方向的鑲嵌因子不取決于曲線段的曲線輪廓。
[0021] 生成鑲嵌圖案的步驟可以包括以下子步驟：根據(jù)所提供的至少一個(gè)鑲嵌因子，生 成掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)指定曲線段沿著道路輪廓的細(xì)分程度。所述生成步驟可以進(jìn)一步包 括根據(jù)分配給道路寬度的鑲嵌因子，生成掃描點(diǎn)，所述掃描點(diǎn)指定曲線段的寬度的細(xì)分程 度。所述生成步驟可以進(jìn)一步包括根據(jù)掃描點(diǎn)生成二維圖案。鑲嵌圖案可以由三角形構(gòu)成， 其中掃描點(diǎn)形成三角形圖案的頂點(diǎn)。
[0022] 所述生成能夠被表示的基元的步驟可以包括以下子步驟：實(shí)現(xiàn)將道路輪廓的參數(shù) 化映射到掃描空間的坐標(biāo)上的坐標(biāo)變換；通過(guò)沿著道路輪廓在掃描點(diǎn)處評(píng)估變換的參數(shù) 化，計(jì)算頂點(diǎn)；以及根據(jù)所生成的頂點(diǎn)，生成能夠用圖形表示的基元。
[0023] 所述計(jì)算頂點(diǎn)的步驟可以進(jìn)一步包括：通過(guò)沿著道路輪廓評(píng)估在掃描點(diǎn)處的變換 的參數(shù)化，并且通過(guò)沿著位于掃描平面內(nèi)并且與道路輪廓垂直的法向向量評(píng)估為道路寬度 提供的頂點(diǎn)，來(lái)計(jì)算頂點(diǎn)。
[0024] 為路段提供道路輪廓的參數(shù)化的步驟可以包括根據(jù)先前儲(chǔ)存的標(biāo)記道路輪廓的 形狀點(diǎn)計(jì)算路段的參數(shù)化的步驟。在這種情況下，可以通過(guò)將參數(shù)化的曲線內(nèi)插到形狀點(diǎn) 的方式計(jì)算參數(shù)化?？梢约磿r(shí)（即，在圖形表示期間）計(jì)算參數(shù)化。但是還可以想象在地 圖數(shù)據(jù)的編譯過(guò)程中生成參數(shù)化并且將其保存在地圖數(shù)據(jù)內(nèi)。
[0025] 作為替代，地圖的供應(yīng)商還可以提供路段的參數(shù)化。在這種情況下，提供參數(shù)化包 括讀出和上傳參數(shù)化到工作存儲(chǔ)器或者在圖形存儲(chǔ)器，以用于進(jìn)一步處理。
[0026] 根據(jù)一個(gè)變型，借助于通過(guò)非均勻分布節(jié)點(diǎn)和檢查點(diǎn)（所謂的德布爾（de-Boor) 點(diǎn)）（下面稱為'二次NUBS'）描述的二次B樣條，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化。如上所述，可以根據(jù)提 供給路段的形狀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)NUBS的路段的道路輪廓的參數(shù)化。作為替代，還可以通過(guò)貝 塞爾曲線或立方NUBS或其他方式，執(zhí)行曲線參數(shù)化。
[0027] 將路段的參數(shù)化逐段分割成相互獨(dú)立的路段的步驟可以包括將對(duì)路段的道路輪 廓進(jìn)行描述的NUBS分割成相互獨(dú)立的二次多項(xiàng)式。這里，每個(gè)多項(xiàng)式可以形成最小單元， 描述路