專利名稱：三維道路交叉口的模型化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維導(dǎo)航和建模領(lǐng)域，尤其涉及一種三維道路交叉口模型化的方法及
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的二維地圖已經(jīng)越來越不能滿足需求了，取而代之的是能 產(chǎn)生身臨其境之感的3D地圖。隨著電子產(chǎn)品硬件的升級(jí)，地圖三維化已經(jīng)成為可能。3D地 圖不僅能夠提供二維地圖所需的一切信息，更重要的是它能反應(yīng)一個(gè)立體的世界，能夠給 用戶提供更加豐富直觀的視覺效果，讓人產(chǎn)生身臨其境之感。3D地圖包括地形、道路、建筑、景觀等多個(gè)層次的信息，其中3D道路是3D地圖最重 要的組成部分，而道路交叉口是道路的重要組成部分，是人流車流通行和匯集的樞紐。交叉 路口有多種交叉形式，如T形、Y形、X形和“十”字等形狀，此外還有各種不規(guī)則形狀以及多 條道路平面交叉的叉路口?，F(xiàn)有的3D道路一般都采用手工建模的方法，通過使用一些例如mayaddmax等3D 建模軟件人工手動(dòng)地建立道路的三角形網(wǎng)格模型。人工手動(dòng)建模的方法能夠是模型非常細(xì) 膩真實(shí)，但其最大的缺點(diǎn)是手動(dòng)建模工作量大，效率極其低下，這樣不利于提高生產(chǎn)力和生 產(chǎn)效率，嚴(yán)重影響了 3D道路模型在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用。同時(shí)模型的存儲(chǔ)需要很大的容量空 間，這樣就大大的限制了 3D地圖的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題之一。為此，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種自動(dòng)、快速地實(shí)現(xiàn)三維道路交叉口的模型化方法 和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種三維道路交叉口的模型化方 法，所述方法包括以下步驟a)利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為 具有特定寬度和道路邊緣的三維道路面；b)從所述三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣 對(duì)應(yīng)的邊緣交點(diǎn)；C)根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和所述邊緣交點(diǎn)，確定所述三維道路面中的道路交 叉口區(qū)域；以及d)對(duì)所述道路交叉口區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維道路交叉口模 型。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種三維道路交叉口的模型化裝 置，所述裝置包括轉(zhuǎn)化單元，所述轉(zhuǎn)化單元利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維 道路轉(zhuǎn)化為具有特定寬度和道路邊緣的三維道路面；確定單元，所述確定單元從所述三維 道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì)應(yīng)的邊緣交點(diǎn)，并根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和所述邊緣交點(diǎn)確 定所述三維道路面中的道路交叉口區(qū)域；以及網(wǎng)格化單元，所述網(wǎng)格化單元對(duì)所述道路交 叉口區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維道路交叉口模型。本發(fā)明可以根據(jù)僅由點(diǎn)、線段表示的簡(jiǎn)單道路平面交叉口幾何數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)，自動(dòng)地制作成三維道路平面交叉口模型數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以根據(jù)二維的地圖道路數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)動(dòng)態(tài)地生成具有高仿真度的3D虛擬道路交叉口模型，大大加快3D道路模型化的速度。因 此，極大提高了地圖道路的可使用性和3D道路建模的工作效率。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實(shí)施例的三維道路交叉口的模型化裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的三維道路交叉口的模型化方法步驟流程圖；圖3(a)到圖3(c)分別為本發(fā)明具體實(shí)施例的平面交叉路口的二維模型示意圖；圖4(a)到圖4(c)分別為本發(fā)明具體實(shí)施例的平面交叉路口的三維模型示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的三維模型化后邊緣交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的三維交叉口道路邊緣處理示意圖；圖7為三維交叉口道路邊緣處理的圓曲線半徑取值表格；圖8(a)到8(f)為本發(fā)明實(shí)施例的三維道路交叉口區(qū)域示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例三維道路交叉口區(qū)域的網(wǎng)格化采樣點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算示意圖；以及圖10(a)和圖10(b)為本發(fā)明實(shí)施例的道路交叉口平面區(qū)域網(wǎng)格化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。首先參考圖1，該圖為本發(fā)明實(shí)施例的三維道路交叉口的模型化裝置結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本發(fā)明的模型化裝置包括轉(zhuǎn)化單元12、確定單元14以及網(wǎng)格化單元 16。轉(zhuǎn)化單元12利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為具有特定寬度和 道路邊緣的三維道路面。二維道路一般用點(diǎn)和線段來表示，二維道路數(shù)據(jù)中包括二維道路幾何數(shù)據(jù)和道路 的屬性數(shù)據(jù)。道路幾何數(shù)據(jù)包括道路的關(guān)鍵位置，例如道路起點(diǎn)、道路交叉點(diǎn)、道路的轉(zhuǎn)折 點(diǎn)等的坐標(biāo)信息，以及和道路交叉點(diǎn)相連的道路信息，例如各個(gè)道路距離交叉點(diǎn)的長(zhǎng)度等。道路的屬性數(shù)據(jù)包括道路的名稱、等級(jí)、性質(zhì)、寬度、車道數(shù)、任務(wù)、功能等信息。此 外，道路屬性還包括了一些點(diǎn)，這些點(diǎn)可以用來表示地圖中餐館、郵政、銀行、服務(wù)區(qū)等功能 區(qū)，也可以包括道路的立體交叉點(diǎn)、平面交叉點(diǎn)、道路出口入口等道路中的特殊點(diǎn)。如圖3(a)所示，在二維模型表示的道路中，曲線ABC表示一條道路，曲線DBE表示 一條道路，兩條道路相交于中心一點(diǎn)B，點(diǎn)B在二維道路數(shù)據(jù)中的屬性數(shù)據(jù)中被標(biāo)記為道路 交叉口。具有交叉路口的其它形式的二維道路如圖3(b)、3(c)所示。二維道路數(shù)據(jù)可以通過從實(shí)際道路上采集獲得，或者可以通過其它的途徑獲得， 例如從其它的地圖/道路數(shù)據(jù)中提取或直接從地圖數(shù)據(jù)供應(yīng)商購(gòu)買等。
因此，根據(jù)二維道路數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的道路屬性信息，轉(zhuǎn)化單元12將二維道路模型化為
三維道路面。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化單元12在二維道路兩側(cè)，以預(yù)定距離平行所述二維道路作 一對(duì)平行線，以形成三維道路的邊緣，并且這一對(duì)平行線之間的距離構(gòu)成三維道路的特定寬度。確定單元14從三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)，并根據(jù)道路轉(zhuǎn) 彎半徑和獲取的邊緣交點(diǎn)，確定三維道路面中的道路交叉口區(qū)域。網(wǎng)格化單元16則對(duì)確定 的道路交叉口平面區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維道路交叉口模型。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的模型化裝置還可以包括紋理鋪裝單元18以及顯示單 元22。紋理鋪裝單元18可利用道路屬性數(shù)據(jù)，例如公路等級(jí)、車道數(shù)等對(duì)上述三維道路交 叉口模型進(jìn)行紋理鋪裝，給三維網(wǎng)格道路交叉口模型貼上相應(yīng)的紋理就形成了簡(jiǎn)單的具有 較好視覺效果的道路。將上述處理后的三維道路交叉口模型輸入到顯示單元22中，利用三 角形網(wǎng)格和對(duì)應(yīng)的紋理，顯示單元22能夠非常細(xì)膩真實(shí)的反映現(xiàn)實(shí)客觀的物體。三角形網(wǎng) 格反映道路的位置形狀，材質(zhì)紋理則反映了道路的顏色信息和材質(zhì)，如反射、透射等信息。 通過網(wǎng)格化的模型，道路能夠非常清晰地在計(jì)算機(jī)屏幕中顯示出來，從而達(dá)到瀏覽3D場(chǎng)景 的目的。在一個(gè)實(shí)施例中，模型化裝置還可以包括存儲(chǔ)單元20，利用存儲(chǔ)單元20將三維道 路交叉口模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)存儲(chǔ)。由頂點(diǎn)和線段構(gòu)成的三角形網(wǎng)格模型是三維模型的外觀表現(xiàn)，輸入顯示單元22 或存儲(chǔ)單元20的三維模型數(shù)據(jù)是模型中所有三角形的頂點(diǎn)按照逆時(shí)針或順時(shí)針的順序組 織起來的數(shù)據(jù)塊。另外，本發(fā)明還提供了一種三維道路交叉口的模型化方法，該方法的具體實(shí)施例 如圖2所示。首先，利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為具有特定寬度和 道路邊緣的三維道路面(步驟102)。然后，從上述三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì) 應(yīng)的交點(diǎn)(步驟104)。根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和獲得的邊緣交點(diǎn)，可以確定三維道路面中的道 路交叉口區(qū)域(步驟106)。最后，對(duì)道路交叉口平面區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，從而獲得三維 道路交叉口模型(步驟108)。如上文所述，二維道路數(shù)據(jù)可以通過從實(shí)際道路上采集獲得，或者可以通過其它 的途徑獲得，例如從其它的道路數(shù)據(jù)中提取或直接從地圖數(shù)據(jù)供應(yīng)商購(gòu)買等。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了 一種二維道路幾何數(shù)據(jù)的獲得方法。對(duì)二維道路幾何數(shù)據(jù)的采集是指從道路的起點(diǎn)開始，以道路中心線為基準(zhǔn)開始采 點(diǎn)，若道路方向有偏轉(zhuǎn)且偏轉(zhuǎn)的方位角絕對(duì)值大于等于預(yù)定角度，例如α，則在方位角絕對(duì) 值偏轉(zhuǎn)至α處時(shí)記錄所處位置的坐標(biāo)信息和此點(diǎn)距上一點(diǎn)的距離d，若距離d的值大于或 等于某一事先確定的閾值λ λ )，則將此點(diǎn)與前一點(diǎn)之間的線段及其長(zhǎng)度存儲(chǔ)起來， 同時(shí)將方位偏轉(zhuǎn)角清零。然后，進(jìn)行道路數(shù)據(jù)的下一點(diǎn)采集。對(duì)二維道路數(shù)據(jù)的采集是指從道路的起點(diǎn)開始，以道路中心線為基準(zhǔn)開始采點(diǎn)， 若道路方向有偏轉(zhuǎn)且偏轉(zhuǎn)的方位角絕對(duì)值大于等于α，則在方位角絕對(duì)值偏轉(zhuǎn)至α處時(shí) 記錄所處位置的坐標(biāo)信息和此點(diǎn)距上一點(diǎn)的距離d，若距離d的值小于某一事先確定的閾值λ (d< λ)，則舍棄此點(diǎn)，并不對(duì)方位偏轉(zhuǎn)角做任何改變，繼續(xù)監(jiān)聽方位角偏轉(zhuǎn)的變化和 與前一點(diǎn)的距離d，一旦方位角大于或等于α且d的值大于或等于λ，則將此點(diǎn)與前一點(diǎn) 之間的線段及其長(zhǎng)度存儲(chǔ)起來，同時(shí)將方位偏轉(zhuǎn)角清零，再進(jìn)行下一點(diǎn)的采集。對(duì)二維道路交叉口數(shù)據(jù)的采集是指從道路的起點(diǎn)開始，以道路中心線為基準(zhǔn)開始 采點(diǎn)，對(duì)于所有平面道路交叉口都采集一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，并以此點(diǎn)坐標(biāo)來代替此道路平面交叉 口與其它道路相連。記錄與此平面交叉路口的交叉點(diǎn)相連的道路信息。重復(fù)上面的操作以采集足夠多的道路信息。通過上述在道路的中心線上取點(diǎn)，然后連成線，可以將實(shí)際的道路抽象化模型化 成二維道路數(shù)據(jù)，下面，將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的三維道路交叉口的模型化方法和裝置作出詳 細(xì)描述。如上文所述，圖3(a)到圖3(c)分別給出了平面交叉路口的二維模型示意圖。其 中，圖示實(shí)施例包括道路交叉口形式有四叉路口(對(duì)應(yīng)圖3(a))和三岔口(分別對(duì)應(yīng)圖 3(b)、圖3(c)的形Τ、Υ形)幾種。圖4(a)到圖4(c)則分別對(duì)應(yīng)圖3(a)到圖3 (c)，顯示了本發(fā)明具體實(shí)施例的平面 交叉路口的三維模型示意圖。如上文所述，可利用一對(duì)平行線將二維道路模型化為具有特定路面寬度的三維道 路交叉口。以圖3(a)為例，具體做法是作二維道路AB的平行線albl、a2b2，若兩條平行線 分別到AB的距離為b，則2b為道路AB的總寬度。對(duì)于其它的道路使用同樣的方法可得到 圖4(a)所示的三維道路交叉口模型。本發(fā)明也可以采用其他的道路模型化方法將二維道路數(shù)據(jù)表示的道路模型化為 具有特定寬度和道路邊緣的三維道路面模型。根據(jù)上述轉(zhuǎn)化的三維道路面模型，可以使兩條相交道路的邊緣分別相交，例如圖 4(b)所示的bl、b2、b3三點(diǎn)，圖4(c)所示的bl和b2點(diǎn)，以及圖6所示的bl、b2、b3、b4四
點(diǎn)ο在適宜的實(shí)施方案中，對(duì)于其它情形的平面道路交叉，上述方法都可適用。以上三 維模型化道路面方法僅用來說明一種確定相交道路的邊緣交點(diǎn)的實(shí)施方案，本發(fā)明不排除 使用其他三維道路模型化方法來獲得邊緣交點(diǎn)。下面，圖5給出了本發(fā)明實(shí)施例的三維模型化后邊緣交點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算示意圖。例如， 圖5的T形交叉口的實(shí)施例中交叉點(diǎn)為B，對(duì)應(yīng)的邊緣交點(diǎn)為I和J。參考圖5，在相對(duì)坐標(biāo)系XOZ中假設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0)，即與原點(diǎn)重合，B點(diǎn)坐標(biāo)為 (xl，zl)，B點(diǎn)為道路交叉口的二維道路中心坐標(biāo)點(diǎn)，且已知各平行線，即道路邊緣到其相應(yīng) 道路中心線的距離是b，由此可以得出與道路中心線AB平行的道路邊緣的直線方程為—x-z + c = 0 , 同理，由點(diǎn)B和點(diǎn)D的坐標(biāo)可得直線BD的平行線JS的直線方程，由點(diǎn)B和點(diǎn)C的 坐標(biāo)可得直線BC的平行線IT的直線方程，再分別與直線JP和IQ的直線方程組成二元一次方程組，求解后可得兩道路平面交叉時(shí)，邊緣交點(diǎn)J、I的坐標(biāo)。此坐標(biāo)為相對(duì)坐標(biāo)系XOZ 中的坐標(biāo)，將此坐標(biāo)加上坐標(biāo)原點(diǎn)0即點(diǎn)A的絕對(duì)坐標(biāo)值就可得到J、I的絕對(duì)坐標(biāo)值。同 理可求得其他兩邊緣交點(diǎn)的坐標(biāo)。此計(jì)算方法用以說明本實(shí)施方案中求平面交叉道路的邊緣交點(diǎn)坐標(biāo)，但是本發(fā)明 不排除使用其它計(jì)算方法計(jì)算平面交叉道路的邊緣交點(diǎn)。以上方法計(jì)算出來的χ、ζ坐標(biāo)值是一個(gè)點(diǎn)在水平面上的方位坐標(biāo)，y值是一個(gè)點(diǎn) 的高度值。若輸入的道路數(shù)據(jù)是沒有高度的二維道路數(shù)據(jù)，要生成真正意義上的三維道路 模型則需要人為地設(shè)定一個(gè)值作為高度參數(shù)，該參數(shù)在地理信息領(lǐng)域稱為高程數(shù)據(jù)，或者 從與道路水平面同一坐標(biāo)處的數(shù)字地形數(shù)據(jù)提取出高程數(shù)據(jù)等。若輸入的道路數(shù)據(jù)包含了道路的高程信息，則可以將由以上方法計(jì)算出來的水平 坐標(biāo)附加上相應(yīng)點(diǎn)的高度值y，就得到了邊緣交點(diǎn)的空間坐標(biāo)值。此高度值與其相應(yīng)的道路 中心點(diǎn)的高度值相同，或在轉(zhuǎn)彎處進(jìn)行道路加高以消除離心力時(shí)，根據(jù)道路中心點(diǎn)的高度 值計(jì)算得出。例如圖4(a)中，al、a2點(diǎn)的y坐標(biāo)即al、a2點(diǎn)的高度值與其相應(yīng)的道路中心 點(diǎn)A的y坐標(biāo)值相等。當(dāng)然根據(jù)需要，al, a2點(diǎn)的y坐標(biāo)也可以根據(jù)A點(diǎn)的y值進(jìn)行相應(yīng) 的變化計(jì)算得出。下面參考圖6和圖7，其中圖6為本發(fā)明實(shí)施例的三維交叉口道路邊緣處理示意 圖，圖7為三維交叉口道路邊緣處理的圓曲線半徑取值表格。根據(jù)道路等級(jí)、道路設(shè)計(jì)的速度確定一個(gè)半徑R，即道路的轉(zhuǎn)彎半徑。然后，以此半 徑R在邊緣交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的夾角中分線上做一圓弧相切于兩道路邊緣。如圖6中左下角的圓弧 PSQ,用圓弧PSQ來替代線段Pbl和blQ成為道路邊緣，即完成了平面交叉路口的道路邊緣 的處理。按照以上方式對(duì)全部的邊緣交點(diǎn)進(jìn)行處理，可以得到各個(gè)邊緣交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓弧。關(guān)于定R值，如果是城市道路的交叉口，則根據(jù)《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的圓 曲線半徑的范圍內(nèi)取值，如圖7中所示。另外，如居住區(qū)道路紅線轉(zhuǎn)彎半徑不得小于6米， 工業(yè)區(qū)不小于9米，有消防功能的道路，最小轉(zhuǎn)彎半徑為12米等。通過將同一道路的兩個(gè)道路邊緣上對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)分別進(jìn)行直線連接，則根據(jù)上述處 理得到的圓弧以及這些直線，則得到道路交叉口區(qū)域的邊界。例如圖8 (a)所示的三維道路，將八個(gè)圓弧切點(diǎn)Ql與Q2，P2與Q3，P3與P4，Q4與 Pl連接起來就形成了圖中陰影所示區(qū)域的道路交叉口。這種道路邊緣的制作方法適用于交 叉路口為三個(gè)或三個(gè)以上的平面交叉的道路交叉口。例如圖8(b)的Y形平面交叉路口，通 過連接其中的圓弧切點(diǎn)Ql與Q2，P2與P3，Q3與P1，即確定對(duì)應(yīng)陰影部分的道路交叉口區(qū) 域。但是對(duì)于在同一道路包括第一道路邊緣和第二道路邊緣時(shí)，其中第一道路邊緣不 包括邊緣交點(diǎn)，第二道路邊緣包括邊緣交點(diǎn)，例如圖8(c)所示的T形平面交叉口，由于角 DBC略小于π或等于π (即DBC為直線)，其對(duì)應(yīng)的一個(gè)道路邊緣沒有和其他道路對(duì)應(yīng)的 邊緣交點(diǎn)，因此無法根據(jù)上述方式確定道路交叉口區(qū)域。在這種情況下，也可以首先根據(jù)道路等級(jí)、道路設(shè)計(jì)的速度確定一個(gè)半徑R，然后 以此半徑R在具有邊緣交點(diǎn)上，對(duì)應(yīng)邊緣交點(diǎn)的夾角中分線上做一圓弧相切于兩道路邊 緣。如圖8(c)中左下角的圓弧P1SQ1。以圓弧PlSQl作為道路邊緣即完成了平面交叉路口的道路邊緣的制作。另外，對(duì)于直線DBC對(duì)應(yīng)的道路，分別經(jīng)過該道路其中一個(gè)道路邊緣對(duì) 應(yīng)的切點(diǎn)Pl和P2，垂直該道路邊緣作垂線，與其另一個(gè)道路邊緣分別相交于W和V點(diǎn)。則 根據(jù)直線P1W、P2V、Q1Q2、WV以及相應(yīng)的圓弧P1SQ1、P2Q2，得到圖8 (c)所示的陰影部分區(qū) 域的T形平面道路交叉口模型。對(duì)于不規(guī)則T形交叉路口或者T形交叉路口的變形，都可以使用上述方式確定其 道路交叉口區(qū)域。如圖8(d)所示。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，可以根據(jù)上述道路轉(zhuǎn)彎半徑做圓弧得到的道路邊緣切點(diǎn)， 分別經(jīng)過切點(diǎn)垂直對(duì)應(yīng)的道路邊緣向?qū)?yīng)的二維道路，即道路中心線作垂線。根據(jù)同一道 路的兩個(gè)道路邊緣分別在對(duì)應(yīng)道路中心線的垂足，確定距離以二維道路數(shù)據(jù)表示的道路交 叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的垂足。然后將所得圓弧和確定的較遠(yuǎn)垂足對(duì)應(yīng)的所述兩個(gè)道路邊緣之間的垂線 作為道路交叉口區(qū)域的邊界。也就是說，對(duì)以上的平面交叉路口區(qū)域的確定方法進(jìn)行擴(kuò)展， 通過所有的切點(diǎn)作與之相切的道路邊緣的垂線，并且根據(jù)垂線與道路中心線的交點(diǎn)到道路 交叉點(diǎn)的距離取較大者，即可得到上述交叉路口區(qū)域。下面，結(jié)合圖8(e)和8(f)的具體實(shí)施例給出詳細(xì)描述。例如，在圖8(e)中過Ql作二維道路BD的垂線交于01，過Q2作BD的垂線交于02。 計(jì)算BOl和B02的長(zhǎng)度，可知BOl長(zhǎng)度大于B02。則取與較長(zhǎng)的BOl相交的QlWl作為交叉 路口區(qū)域的邊界。對(duì)于四交叉口，運(yùn)用相同的方法可以得到如圖8(f)所示陰影部分的道路交叉口 區(qū)域。在得到上述道路交叉口區(qū)域之后，需要對(duì)其進(jìn)行三角形網(wǎng)格化處理。對(duì)于圓曲線 對(duì)應(yīng)的區(qū)域部分，則需要將圓弧進(jìn)行分點(diǎn)采樣后再劃分成多個(gè)三角形網(wǎng)格。關(guān)于本發(fā)明的 圓弧網(wǎng)格化的采樣點(diǎn)坐標(biāo)確定，可以參考圖9的實(shí)施例。如圖9所示，a、b、c為交叉路口道路邊緣上的三個(gè)特征點(diǎn)，b點(diǎn)為邊緣交點(diǎn)，e和f 為圓弧與道路邊緣的切點(diǎn)，首先計(jì)算出be和bf，且be = bf。在圓弧上取采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn) P的坐標(biāo)可以根據(jù)公式 來計(jì)算，其中m為采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，η為第η個(gè)采樣點(diǎn)，w =(寸X ν ) X寸，如圖9所
示，矢量t代表向量eb (可由b點(diǎn)坐標(biāo)減去e點(diǎn)坐標(biāo)求得，其它矢量同理可得)，矢量節(jié)代表 向量bf，矢量w代表向量eo，α為線段ab到be的偏轉(zhuǎn)角度。在這里引入矢量是為了方便計(jì)算各點(diǎn)的坐標(biāo)值。參考圖10(a)的實(shí)施例，將圓弧上所有相鄰的點(diǎn)(包括圓切點(diǎn)和圓弧上的采樣點(diǎn)) 用直線相互連接起來，再將道路中心線上的道路交叉點(diǎn)B與這些點(diǎn)連接起來形成對(duì)應(yīng)的三 角形網(wǎng)格模型。對(duì)于道路交叉口區(qū)域的非圓弧部分，則同一道路上對(duì)應(yīng)的邊緣切點(diǎn)與道路 交叉點(diǎn)即構(gòu)成三角形的網(wǎng)格。例如圖10(a)中的三角形Q1BQ2、P2BQ3等等。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全 部道路交叉路口區(qū)域的網(wǎng)格化處理，得到三維道路交叉口模型。運(yùn)用相同的網(wǎng)格化方法可以對(duì)另一種方式得到的例如圖8(e)和8(f)的交叉路口 模型進(jìn)行網(wǎng)格化處理，得到的三維道路交叉口模型例如圖10(b)的實(shí)施例所示。
本發(fā)明可以根據(jù)僅由點(diǎn)、線段表示的簡(jiǎn)單道路平面交叉口幾何數(shù)據(jù)及其屬性數(shù) 據(jù)，自動(dòng)地制作成三維道路平面交叉口模型數(shù)據(jù)，在對(duì)道路進(jìn)行鋪裝定義之后顯示出來。不 僅可以根據(jù)二維的地圖道路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地生成具有高仿真度的3D虛擬道路交叉口模 型，還可以生成靜態(tài)的3D道路交叉口模型數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上。由頂點(diǎn)和線段構(gòu)成的三角形網(wǎng)格模型是三維模型的外觀表現(xiàn)，這里，輸入用于顯 示或者存儲(chǔ)的三維模型數(shù)據(jù)是模型中所有三角形的頂點(diǎn)按照逆時(shí)針或順時(shí)針的順序組織 起來的數(shù)據(jù)塊。這樣，通過本發(fā)明則極大提高了地圖道路的可使用性和3D建模的工作效率，可有 效解決3D導(dǎo)航、城市規(guī)劃、虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的道路三維模型建立緩慢的問題。本發(fā)明的上述輸入、輸出處理的幾乎所有過程都是自動(dòng)完成的，這樣可以大大加 快3D道路模型化的速度，生成具有高度逼真和客觀真實(shí)性的3D道路模型。本發(fā)明可以用 于道路規(guī)劃、虛擬現(xiàn)實(shí)、三維導(dǎo)航等領(lǐng)域中的三維道路自動(dòng)建模。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
一種三維道路交叉口的模型化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟a)利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為具有特定寬度和道路邊緣的三維道路面；b)從所述三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì)應(yīng)的邊緣交點(diǎn)；c)根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和所述邊緣交點(diǎn)，確定所述三維道路面中的道路交叉口區(qū)域；以及d)對(duì)所述道路交叉口區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維道路交叉口模型。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟a包括在所述二維道路兩側(cè)，以預(yù)定距離平行所述二維道路作一對(duì)平行線，以形成所述道路 邊緣；其中所述一對(duì)平行線之間的距離構(gòu)成所述特定寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b包括bl)以所述道路轉(zhuǎn)彎半徑為半徑做圓弧分別與所述邊緣交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的道路邊緣相切； b2)將所述三維道路面中同一道路的兩個(gè)道路邊緣上對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)分別進(jìn)行直線連接；以及b3)將所述圓弧和所述直線作為所述道路交叉口區(qū)域的邊界。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述同一道路包括第一道路邊緣和第二 道路邊緣時(shí)，其中所述第一道路邊緣不包括邊緣交點(diǎn)，所述第二道路邊緣包括邊緣交點(diǎn)，所 述步驟b2還包括分別經(jīng)過所述第二道路邊緣對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)，垂直所述第二道路邊緣向所述第一道路邊緣 作垂線；以及直線連接所述切點(diǎn)與所述第一道路邊緣對(duì)應(yīng)的垂足。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b包括bl)以所述道路轉(zhuǎn)彎半徑為半徑做圓弧分別與所述邊緣交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相交道路邊緣相切；b2)分別經(jīng)過所述圓弧與所述道路邊緣對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)，垂直所述道路邊緣向?qū)?yīng)的二維 道路作垂線；b3)根據(jù)同一道路的兩個(gè)道路邊緣分別對(duì)應(yīng)所述二維道路的垂足，確定距離所述道路 交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的垂足；以及b4)將所述圓弧和所述較遠(yuǎn)垂足對(duì)應(yīng)的所述兩個(gè)道路邊緣之間的直線作為所述道路交 叉口區(qū)域的邊界。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述同一道路中包括第一道路邊緣和第 二道路邊緣時(shí)，其中所述第一道路邊緣不包括邊緣交點(diǎn)，所述第二道路邊緣包括邊緣交點(diǎn)， 所述步驟b2還包括分別經(jīng)過所述第二道路邊緣對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)，垂直所述第二道路邊緣向所述第一道路邊緣 作垂線；以及直線連接所述切點(diǎn)與所述第一道路邊緣對(duì)應(yīng)的垂足。
7.如權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述三角形網(wǎng)格化步驟包括 在所述圓弧上劃分多個(gè)采樣點(diǎn)；將所述采樣點(diǎn)和所述圓弧對(duì)應(yīng)的切點(diǎn)相鄰依次連接；分別連接所述道路交叉點(diǎn)與所述采樣點(diǎn)、所述切點(diǎn)，形成三角形網(wǎng)格模型。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二維道路數(shù)據(jù)通過以下步驟獲得以道路中心線為基準(zhǔn)，從道路的起點(diǎn)開始采集道路多個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)信息；在采集中判斷當(dāng)前位置點(diǎn)相對(duì)前一個(gè)位置點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)方位角是否不小于預(yù)定角度；以及在所述偏轉(zhuǎn)方位角不小于所述預(yù)定角度時(shí)，記錄所述預(yù)定角度對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的坐標(biāo)信息 以及距離前一個(gè)位置點(diǎn)的距離，以作為所述二維道路數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述偏轉(zhuǎn)方位角不小于所述預(yù)定角度時(shí)， 進(jìn)一步判斷所述預(yù)定角度對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)距離前一個(gè)位置點(diǎn)的距離是否不小于預(yù)定值，在所述 距離不小于所述預(yù)定值時(shí)，執(zhí)行所述對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的坐標(biāo)信息和所述距離的記錄。
10.一種三維道路交叉口的模型化裝置，其特征在于，所述裝置包括轉(zhuǎn)化單元，所述轉(zhuǎn)化單元利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為具 有特定寬度和道路邊緣的三維道路面；確定單元，所述確定單元從所述三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì)應(yīng)的邊緣交 點(diǎn)，并根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和所述邊緣交點(diǎn)確定所述三維道路面中的道路交叉口區(qū)域；以及網(wǎng)格化單元，所述網(wǎng)格化單元對(duì)所述道路交叉口區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維 道路交叉口模型。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化單元在所述二維道路兩側(cè)以預(yù) 定距離平行所述二維道路作一對(duì)平行線，以形成所述道路邊緣。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括紋理鋪裝單元，所述紋理鋪裝單元 利用道路屬性數(shù)據(jù)對(duì)所述三維道路交叉口模型進(jìn)行紋理鋪裝。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，還包括顯示單元，所述顯示單元將紋理鋪 裝的所述三維道路交叉口模型進(jìn)行顯示。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元將所述三 維道路交叉口模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維道路交叉口的模型化裝置，所述裝置包括轉(zhuǎn)化單元，所述轉(zhuǎn)化單元利用包括道路交叉點(diǎn)的二維道路數(shù)據(jù)，將二維道路轉(zhuǎn)化為具有特定寬度和道路邊緣的三維道路面；確定單元，所述確定單元從所述三維道路面中獲取兩兩相交道路邊緣對(duì)應(yīng)的邊緣交點(diǎn)，并根據(jù)道路轉(zhuǎn)彎半徑和所述邊緣交點(diǎn)確定所述三維道路面中的道路交叉口區(qū)域；以及網(wǎng)格化單元，所述網(wǎng)格化單元對(duì)所述道路交叉口區(qū)域進(jìn)行三角形網(wǎng)格化，以獲得三維道路交叉口模型。本發(fā)明可以自動(dòng)、快速地實(shí)現(xiàn)三維道路交叉口建模。
文檔編號(hào)G06T15/00GK101930624SQ20091015064
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者劉興國(guó), 唐遠(yuǎn)流, 鄧高偉 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司