將三維數(shù)據(jù)可視化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)三維表面數(shù)據(jù)、特別是對(duì)具有多個(gè)細(xì)節(jié)等級(jí)的地形進(jìn)行渲染的方法。該方法是從多個(gè)數(shù)據(jù)塊快速選擇用于描述從當(dāng)前觀看位置的三維數(shù)據(jù)的必要數(shù)據(jù)塊集合的改進(jìn)方法。該方法是通過(guò)在紋理數(shù)據(jù)之前提供幾何數(shù)據(jù)，并且至少部分地基于該幾何數(shù)據(jù)來(lái)選擇紋理數(shù)據(jù)塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]渲染是指通過(guò)計(jì)算機(jī)程序從例如三維地形模型這樣的模型中生成圖像的過(guò)程。所渲染的三維地形模型可以是包括高程數(shù)據(jù)的網(wǎng)格，例如，數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字表面模型(DSM)或數(shù)字地形模型(DTM)。該數(shù)字模型可以包括有限區(qū)域的數(shù)據(jù)，例如特定城市或景觀的模型，以及大陸或甚至整個(gè)地球的模型。
[0003]三維地形圖像的計(jì)算機(jī)渲染通常從相關(guān)技術(shù)中得知:US 7551172 B2公開(kāi)一種通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送表示三維圖像的信息的方法，并且US 6496189 BI公開(kāi)一種用于顯示從遠(yuǎn)程設(shè)備上交互地選擇的觀察點(diǎn)看到的區(qū)域的圖像的方法和裝置。
[0004]當(dāng)對(duì)大的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行渲染時(shí)，特別是在移動(dòng)設(shè)備中，數(shù)據(jù)的傳輸速度會(huì)成為限制因素。最近，在新的便攜式移動(dòng)電子設(shè)備中(例如智能手機(jī)或平板電腦)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器以及計(jì)算能力已經(jīng)大大增加。然而，一般地裝置的存儲(chǔ)器仍然太小而不足以在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)足以同時(shí)渲染三維地圖所需的所有數(shù)據(jù)。因此，在裝置存儲(chǔ)器中采用不存儲(chǔ)所有所需數(shù)據(jù)的方式來(lái)將分割數(shù)據(jù)是非常重要的。如果用于提供數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)很慢，例如在慢速無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下，則會(huì)花費(fèi)太長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸所有數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效利用，如用于導(dǎo)航。
[0005]一種常規(guī)解決方式是將數(shù)據(jù)細(xì)分成較小的數(shù)據(jù)塊，其中，每個(gè)數(shù)據(jù)塊描述數(shù)據(jù)的區(qū)段。此外，一種常規(guī)解決方案是創(chuàng)建具有每個(gè)區(qū)段的若干表示版本的數(shù)據(jù)塊，表示版本具有不同的細(xì)節(jié)等級(jí)。這允許描述具有能夠用于以足夠品質(zhì)來(lái)渲染數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)等級(jí)的數(shù)據(jù)塊集合，但僅需加載或傳送完整數(shù)據(jù)集的原始大小的一部分。
[0006]在用于渲染三維地形數(shù)據(jù)的常規(guī)方法中，采用了樹(shù)形結(jié)構(gòu)，其將數(shù)據(jù)劃分成區(qū)塊和不同細(xì)節(jié)等級(jí)，其中每個(gè)細(xì)節(jié)等級(jí)比上一級(jí)包括多的信息，從而可以在維持渲染質(zhì)量和保持裝置上所需的存儲(chǔ)器的量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)放大和縮小。
[0007]在已知的方法中，通常方式是在向下遍歷樹(shù)形結(jié)構(gòu)的同時(shí)從最低到最高的細(xì)節(jié)等級(jí)加載所有數(shù)據(jù)區(qū)段，從而僅在較低細(xì)節(jié)等級(jí)已經(jīng)被加載并顯示之后才加載較高的細(xì)節(jié)等級(jí)。采用這種已知的解決方案總有一些數(shù)據(jù)一即便是低細(xì)節(jié)等級(jí)的一可以被顯示，從而避免了在表示中出現(xiàn)“漏洞”。然而，與之相比可以優(yōu)選的是傳輸數(shù)據(jù)的量盡可能的小，特別是在通過(guò)較慢的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸數(shù)據(jù)時(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的目的是提供用于將表示三維表面的一部分的表面數(shù)據(jù)加載到存儲(chǔ)器中的增強(qiáng)的方法。
[0009]本發(fā)明的具體目的是提供能夠減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量的方法。
[0010]本發(fā)明的具體目的是提供避免或減少?gòu)耐獠糠?wù)器中下載的數(shù)據(jù)量的方法。
[0011]本發(fā)明的具體目的是提供允許使用來(lái)自不同來(lái)源的幾何數(shù)據(jù)的方法。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供下載和顯示所選擇的表面數(shù)據(jù)的方法。
[0013]另外，本發(fā)明的目的是提供在手持移動(dòng)設(shè)備可執(zhí)行的方法，以及提供一種執(zhí)行該方法的手持設(shè)備。
[0014]本發(fā)明的另一目的是提供用于執(zhí)行該方法特別是在手持設(shè)備中執(zhí)行該方法的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
[0015]這些目的中至少一個(gè)是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求1所述的方法，根據(jù)權(quán)利要求9所述的移動(dòng)設(shè)備、如權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和/或從屬權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)的。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，這些目的中的至少一個(gè)是通過(guò)在下載表面數(shù)據(jù)之前基于所述幾何數(shù)據(jù)的自動(dòng)預(yù)選處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0017]一種從服務(wù)器計(jì)算機(jī)向移動(dòng)客戶端設(shè)備提供數(shù)據(jù)文件組的方法，該數(shù)據(jù)文件組包括:與圖像場(chǎng)景中的三維表面的一部分關(guān)聯(lián)的紋理數(shù)據(jù)，其中該圖像場(chǎng)景由觀察點(diǎn)和視向和/或視角限定，該數(shù)據(jù)文件組是存儲(chǔ)在所述服務(wù)器計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)文件的子集，以及每個(gè)數(shù)據(jù)文件包括處于多個(gè)不同細(xì)節(jié)等級(jí)之一的紋理數(shù)據(jù)，根據(jù)本發(fā)明該方法包括以下步驟:
[0018]籲在移動(dòng)客戶端設(shè)備的存儲(chǔ)器中提供幾何數(shù)據(jù)，該幾何數(shù)據(jù)與該圖像場(chǎng)景的三維表面關(guān)聯(lián)；
[0019]籲選擇具有紋理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件以由所述服務(wù)器提供，其中，選擇數(shù)據(jù)文件的步驟基于幾何數(shù)據(jù)以及基于在該圖像場(chǎng)景(20)中該三維表面(25)的可視性條件通過(guò)所述客戶端設(shè)備的計(jì)算單元進(jìn)行；以及
[0020]籲請(qǐng)求從所述服務(wù)器計(jì)算機(jī)向所述客戶端設(shè)備提供所選擇的數(shù)據(jù)文件。
[0021]在該方法的一個(gè)實(shí)施方式中，選擇數(shù)據(jù)文件的步驟包括基于所述幾何數(shù)據(jù)選擇要被請(qǐng)求的數(shù)據(jù)文件，該數(shù)據(jù)文件中的紋理數(shù)據(jù)在當(dāng)前圖像場(chǎng)景中可見(jiàn)并特別地具有所需的細(xì)節(jié)等級(jí)，特別地，其中紋理數(shù)據(jù)由于幾何數(shù)據(jù)而在當(dāng)前圖像場(chǎng)景中不可見(jiàn)，該數(shù)據(jù)文件不被請(qǐng)求。
[0022]在該方法的【具體實(shí)施方式】中，所述幾何數(shù)據(jù)包括所述三維表面的高程數(shù)據(jù)。
[0023]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述幾何數(shù)據(jù)包括可顯示的特征，特別地各建筑物或樹(shù)木的模型。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，該可視性條件包括所述三維表面的一部分在所述圖像場(chǎng)景中的可視性，以及與所述圖像場(chǎng)景中所述三維表面的一部分關(guān)聯(lián)的所述紋理數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)等級(jí)，其中，所述細(xì)節(jié)等級(jí)滿足預(yù)定分辨率質(zhì)量因子的標(biāo)準(zhǔn)，基于從該表面到觀察點(diǎn)的距離計(jì)算。特別地，對(duì)質(zhì)量因數(shù)的計(jì)算是基于以下各項(xiàng)至少之一:
[0025]?關(guān)于在被顯示時(shí)紋理將覆蓋計(jì)算機(jī)顯示表面的多少的畫(huà)面覆蓋因子；
[0026]籲關(guān)于紋理的多少覆蓋位于計(jì)算機(jī)顯示邊緣之外的場(chǎng)景中的表面的場(chǎng)景覆蓋因子；和/或
[0027]?最小封閉容量將覆蓋被渲染表面的實(shí)際面積。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的方法的【具體實(shí)施方式】包括基于與所述三維表面的所述部分關(guān)聯(lián)的所述幾何數(shù)據(jù)渲染所提供的紋理數(shù)據(jù)，以及在所述移動(dòng)設(shè)備的顯示器上顯示經(jīng)渲染的數(shù)據(jù)。
[0029]在一個(gè)實(shí)施方式中，該方法包括渲染默認(rèn)表面紋理，特別是直至紋理數(shù)據(jù)被提供并且可顯示為止，其中所述默認(rèn)表面紋理基于所述幾何數(shù)據(jù)。特別地，所述默認(rèn)紋理表面包括根據(jù)由所述幾何數(shù)據(jù)提供的高程和/或著色。該默認(rèn)表面紋理也可以在被顯示之前基于幾何數(shù)據(jù)在GPU(圖形處理單元)描影中計(jì)算。
[0030]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，所述幾何數(shù)據(jù)從所述服務(wù)器和/或所述客戶端設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)被提供給所述存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器特別是緩存。特別地，所述幾何數(shù)據(jù)，根據(jù)最近最少使用緩存算法、和/或位于獨(dú)立于經(jīng)渲染的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)的索引區(qū)段，被存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器中。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方式中，提供幾何數(shù)據(jù)的步驟包括合并來(lái)自不同來(lái)源的幾何數(shù)據(jù)，特別是將所提供的幾何數(shù)據(jù)與用戶定義的幾何數(shù)據(jù)合并，其中，選擇數(shù)據(jù)文件的步驟是基于合并后的幾何數(shù)據(jù)。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述幾何數(shù)據(jù)包括所述三維表面的高程數(shù)據(jù)，并且該方法包括以下步驟:根據(jù)所提供的高程數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地計(jì)算出至少一組變化的高程數(shù)據(jù)，每組變化的高程數(shù)據(jù)具有不同的細(xì)節(jié)等級(jí)，特別地，其中該變化的高程數(shù)據(jù)的不同的細(xì)節(jié)等級(jí)是基于所述紋理數(shù)據(jù)的所述細(xì)節(jié)等級(jí)，特別地其中選擇具有所述紋理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件以從服務(wù)器請(qǐng)求的步驟基于變化的高程數(shù)據(jù)的組。
[0033]本發(fā)明還涉及一種用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的方法的移動(dòng)客戶端設(shè)備。
[0034]一種用于從服務(wù)器計(jì)算機(jī)請(qǐng)求數(shù)據(jù)文件組的移動(dòng)客戶端設(shè)備，該移動(dòng)客戶端設(shè)備包括顯示器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和計(jì)算單元，該數(shù)據(jù)文件組包括與圖像場(chǎng)景中的三維表面的一部分關(guān)聯(lián)的紋理數(shù)據(jù)，其中該圖像場(chǎng)景由觀察點(diǎn)、視向和/或視角所限定，該數(shù)據(jù)文件組是存儲(chǔ)在所述服務(wù)器計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)文件的子集，以及每個(gè)數(shù)據(jù)文件包括處于多個(gè)不同細(xì)節(jié)等級(jí)之一的紋理數(shù)據(jù)，以及該顯示器用于顯示該圖像場(chǎng)景，
[0035]根據(jù)本發(fā)明，其特征在于:
[0036]籲該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)