(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて、３次元地図を表示画面上に表示する地図表示装置であって、
前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、
前記地図表示装置は、
前記３次元オブジェクトのグローバル座標を、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成手段と、
前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換手段と、
前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換し、射影変換された座標を前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせる描画手段と、
前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記モデルビュー変換行列作成手段によって作成された前記モデルビュー変換行列を補正する補正手段とを備え、
前記補正手段は、前記モデルビュー変換行列に含まれる、前記視点座標系のｘ座標の値およびｚ座標の値の導出に用いられる要素のうち、前記グローバル座標系における鉛直方向の座標であるｙの値に乗算される要素を０に変更し、
前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換する
ことを特徴とする地図表示装置。
【請求項２】
前記表示補正フラグは、前記３次元オブジェクトごとに含まれ、
前記補正手段は、前記表示補正フラグに基づいて対応する前記３次元オブジェクトに対して用いられる前記モデルビュー変換行列の補正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項３】
前記表示補正フラグは、複数の前記３次元オブジェクトで共有され、
前記補正手段は、前記表示補正フラグに基づいて対応する前記３次元オブジェクトに対して用いられる前記モデルビュー変換行列の補正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項４】
前記地図表示装置は、さらに、
前記地図データに基づいて、前記３次元オブジェクトの各頂点のローカル座標を特定して、前記３次元オブジェクトの生成処理を行うオブジェクト生成手段と、
前記３次元オブジェクトの前記ローカル座標を前記グローバル座標に変換するローカル座標変換手段とを備える
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項５】
前記モデルビュー変換行列は、４行４列の変換行列であり、
前記補正手段は、座標の左側から前記モデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合に、前記モデルビュー変換行列の１行２列目の値と３行２列目の値を０に変更する
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項６】
前記モデルビュー変換行列は、４行４列の変換行列であり、
前記補正手段は、座標の右側から前記モデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合に、前記モデルビュー変換行列の２行１列目の値と２行３列目の値を０に変更する
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項７】
前記地図表示装置は、さらに、前記補正手段において「常に補正を行う」、「前記表示補正フラグに基づいて補正を行う」、および「常に補正を行わない」のいずれかを選択する選択手段を備え、
前記補正手段は、前記選択手段で「常に補正を行う」が選択された場合には、前記表示補正フラグに関係なく前記３次元オブジェクトすべてに対して用いられる前記モデルビュー変換行列の補正を行い、前記選択手段で「前記表示補正フラグに基づいて補正を行う」が選択された場合には、前記表示補正フラグに基づいて前記３次元オブジェクトに対して用いられる前記モデルビュー変換行列の補正を行い、前記選択手段で「常に補正を行わない」が選択された場合には、前記３次元オブジェクトに対して用いられる前記モデルビュー変換行列の補正を行わない
ことを特徴とする請求項１記載の地図表示装置。
【請求項８】
３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて３次元地図画像データを生成するサーバ装置と、前記サーバ装置と通信を行って表示画面上に３次元地図を表示する端末装置とを備える地図表示システムであって、
前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、
前記サーバ装置は、
前記３次元オブジェクトのグローバル座標を、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成手段と、
前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換手段と、
前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換する描画手段と、
前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示
画面上に表示する際に、前記モデルビュー変換行列作成手段によって作成された前記モデルビュー変換行列を補正する補正手段と、
前記描画手段によって射影変換された座標を示す前記３次元地図画像データを前記端末装置に送信する第１の通信手段とを備え、
前記補正手段は、前記モデルビュー変換行列に含まれる、前記視点座標系のｘ座標の値およびｚ座標の値の導出に用いられる要素のうち、前記グローバル座標系における鉛直方向の座標であるｙの値に乗算される要素を０に変更し、
前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換し、
前記端末装置は、
前記サーバ装置より送信された前記３次元地図画像データを受信する第２の通信手段と、
前記受信した前記３次元地図画像データを前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせて表示する表示手段とを備える
ことを特徴とする地図表示システム。
【請求項９】
地図表示装置が、３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて、３次元地図を表示画面上に表示する地図表示方法であって、
前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、
前記地図表示装置は、モデルビュー変換行列作成手段と、モデルビュー変換手段と、描画手段と、補正手段とを備え、
前記地図表示方法は、
前記モデルビュー変換行列作成手段が、前記３次元オブジェクトのグローバル座標を、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成ステップと、
前記モデルビュー変換手段が、前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換ステップと、
描画手段が、前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換し、射影変換された座標を前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせる描画ステップと、
前記補正手段が、前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記モデルビュー変換行列作成ステップで作成された前記モデルビュー変換行列を補正する補正ステップとを含み、
前記補正ステップでは、前記補正手段は、前記モデルビュー変換行列に含まれる、前記視点座標系のｘ座標の値およびｚ座標の値の導出に用いられる要素のうち、前記グローバル座標系における鉛直方向の座標であるｙの値に乗算される要素を０に変更し、
前記モデルビュー変換ステップでは、前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換する、
ことを特徴とする地図表示方法。
【請求項１０】
３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて３次元地図画像データを生成するサーバ装置と、前記サーバ装置と通信を行って表示画面上に３次元地図を表示する端末装置とを備える地図表示システムにおける地図表示方法であって、
前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、
前記サーバ装置は、モデルビュー変換行列作成手段と、モデルビュー変換手段と、描画
手段と、補正手段と、第１の通信手段とを備え、
前記端末装置は、第２の通信手段と、表示手段とを備え、
前記地図表示方法は、
前記サーバ装置において、
モデルビュー変換行列作成手段が、前記３次元オブジェクトのグローバル座標を、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成ステップと、
前記モデルビュー変換手段が、前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換ステップと、
前記描画手段が、前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換し、射影変換された座標を前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせる描画ステップと、
前記補正手段が、前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記モデルビュー変換行列作成ステップで作成された前記モデルビュー変換行列を補正する補正ステップと、
前記第１の通信手段が、前記描画手段によって射影変換された座標を示す前記３次元地図画像データを前記端末装置に送信する第１の通信ステップとを含み、
前記補正ステップでは、前記補正手段は、前記モデルビュー変換行列に含まれる、前記視点座標系のｘ座標の値およびｚ座標の値の導出に用いられる要素のうち、前記グローバル座標系における鉛直方向の座標であるｙの値に乗算される要素を０に変更し、
前記モデルビュー変換ステップでは、前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換し、
前記端末装置において、
前記第２の通信手段が、前記サーバ装置より送信された前記３次元地図画像データを受信する第２の通信ステップと、
前記表示手段が、前記受信した前記３次元地図画像データを前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせて表示する表示ステップとを含む
ことを特徴とする地図表示方法。
【請求項１１】
３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて、３次元地図を表示画面上に表示するためのプログラムであって、
前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、
前記プログラムは、
請求項１に記載の地図表示装置が備える前記モデルビュー変換行列作成手段、前記モデルビュー変換手段、前記描画手段および前記補正手段としてコンピュータを機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画面上に地図を表示する地図表示装置に関し、特に電子化された地図データから３次元画像を生成して地図を画面に表示する地図表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子化された地図データから３次元画像を生成して表示する地図表示装置が用いられており、例えば、カーナビゲーション装置やパーソナルコンピュータ用地図表示ソフトウェア等に応用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような地図表示装置では、３次元空間で定義された建物、高架橋等のオブジェクトを２次元のスクリーンに表示するために、３次元座標を２次元座標に変換を行っている。ここで、個々の３次元オブジェクトの中心が原点となる図７（ａ）に示すような座標系を「ローカル座標系」、それらのオブジェクト全てを含む図７（ｂ）に示すような座標空間を「グローバル座標系」、グローバル座標系のある地点（原点とする）から、ある方向（z軸方向とする）を向いたときに見える図７（ｃ）に示すような座標空間を「視点座標系」、視点座標系において、視点からの視野に入る部分を画面に表示するために２次元に射影投影した座標系を「スクリーン座標系」と呼ぶことにする。また、ローカル座標系からグローバル座標系への変換を「ローカル座標変換」、グローバル座標系から視点座標系への変換を「モデルビュー変換」、視点座標系からスクリーン座標系への変換を「射影変換」、射影変換された座標を地図表示装置の画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせるための変換を「ビューポート変換」と呼ぶ。すなわち、地図表示装置では、３次元空間で定義されたオブジェクトを地図表示装置の２次元のスクリーンで表示するために、それぞれのオブジェクトが定義された座標系からスクリーン座標系への変換を必要に応じて行っている。
【特許文献１】特開平９−２８１８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
３次元空間が２次元のスクリーンで表示されるときには、実際に人間の目で見たときと同様に近くのものは大きく、遠くのものは小さく表示されることになる。図８は遠近歪みを説明するための模式図であり、（ａ）オブジェクト（建物）の側面図、（ｂ）オブジェクト（建物）の正面図、（ｃ）画面全体の正面図である。例えば、図８（ａ）に示すように建物の上部が視点位置（原点）から近く（距離ａ）下部が遠い（距離ｂ）場合、図８（ｂ）に示すように上部が大きく（距離ｃ）下部が小さく（距離ｄ）なる。このように視点からの遠近によっていわゆる遠近歪みが発生し、図８（ｂ）に示すように建物の鉛直方向（画面の縦方向）の境界線に傾きが生じることになる。この遠近歪みの影響は、視線から離れた場所にある建物ほど大きく受けることになる。
【０００５】
上記従来の地図表示装置においては、図８（ｃ）に示すように視点座標系における注視点Ｗの位置は画面中央付近にあることが多く、画面端に描画されている（特に手前側に描画されている）建物ほど、視線から離れてしまうため、遠近歪みの影響を受けてスクリーン座標のｙ軸（画面の縦方向）に対して真っすぐに描画されず、斜めになってしまう。このため、解像度の低いディスプレイが用いられる例えばカーナビゲーション装置等の装置では、表示装置の画面端の建物に関しては、その建物の鉛直方向の境界線が斜めになることで図９（ａ）に示すようにジャギーが出てしまい、図９（ｃ）に示すような鉛直方向にまっすぐな境界線のように美しく表示することができなかった。
【０００６】
このようにジャギーが出るという問題に対する対処法として、まずディスプレイの解像度を上げることが考えられるが、これにはハードウェアの性能向上が必要になる。また、別の対処法としては、アンチエイリアス処理を行うことが考えられる。このアンチエイリアス処理は、図９（ｂ）に示すように斜めになった建物の鉛直方向の境界線と背景との間を中間色で補完し、滑らかに見せる処理であるが、これにはＣＰＵの処理能力の向上が必要になる。よって、ハードウェア資源の少ないカーナビゲーション装置等の装置に、これらの対処法を用いることは現在の状況では難しい。
【０００７】
ところで、上記のように建物を構成する全頂点に対して座標変換を行うのではなく、建物の底面を構成する頂点に高さを与えて擬似的に立体を作成する方法もある。このような方法では、例えば立方体の建物の場合、図１０（ａ）に示すように建物を構成する８頂点Ａ〜Ｈに対して座標変換を行うのではなく、図１０（ｂ）に示すように建物の底面を構成する４頂点Ｉ〜Ｌに対して同じ高さを与えて擬似的に立体を作成して３次元画像としているため、建物はスクリーン座標のｙ軸（画面の縦方向）に対して真っすぐに描画される。しかしながら、例えば建物に視点を近づけたとき、座標変換を用いた方法の場合、視点から見た形に座標変換されるので図１１（ａ）に示すように建物の上面は見えない。これに対して、擬似的に立体を作成する方法の場合、図１１（ｂ）に示すように視点は建物を見上げているにもかかわらず、建物の上面が見えることになり、不自然な画像となる。
【０００８】
そこで、本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、ハードウェア資源の少ないカーナビゲーション装置等の装置であっても、座標変換を用いて３次元画像を生成して、３次元オブジェクトである建物を画面縦方向に対してまっすぐに表示し、見やすくかつ美しく表示することができる地図表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る地図表示装置は、３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて、３次元地図を表示画面上に表示する地図表示装置であって、前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記３次元オブジェクトのグローバル座標系における鉛直方向のラインが、視点座標系において鉛直方向に沿うように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、前記地図表示装置は、前記３次元オブジェクトのグローバル座標を、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成手段と、前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換手段と、前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換し、射影変換された座標を前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせる描画手段と、前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に、前記モデルビュー変換行列作成手段によって作成された前記モデルビュー変換行列を補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、前記モデルビュー変換行列に含まれる、前記視点座標系のｘ座標の値およびｚ座標の値の導出に用いられる要素のうち、前記グローバル座標系における鉛直方向の座標であるｙの値に乗算される要素を０に変更し、前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る地図表示装置は、３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて、３次元地図を表示画面上に表示する地図表示装置であって、前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に前記３次元オブジェクトの鉛直方向のラインが鉛直になるように補正を行うか否かを示す表示補正フラグが含まれ、前記地図表示装置は、前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に前記３次元オブジェクトの鉛直方向のラインが鉛直になるように補正を行う補正手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
これによって、必要に応じて３次元オブジェクトごとに補正を行うことができ、まっすぐに表示すること必要な３次元オブジェクトだけを表示画面鉛直方向に対してまっすぐに表示することができる。
【００１１】
また、前記地図表示装置は、さらに、前記地図データに基づいて、前記３次元オブジェクトの各頂点のローカル座標を特定して、前記３次元オブジェクトの生成処理を行うオブジェクト生成手段と、前記３次元オブジェクトの前記ローカル座標をグローバル座標に変換するローカル座標変換手段と、前記グローバル座標上での視点となる視点座標を特定するとともに、前記グローバル座標を、前記視点座標を原点とした視点座標系に変換するためのモデルビュー変換行列を作成するモデルビュー変換行列作成手段と、前記変更されたモデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換するモデルビュー変換手段と、前記視点座標系に変換された座標を２次元座標系であるスクリーン座標系に射影変換し、射影変換された座標を前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせる描画手段とを備え、前記補正手段は、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に前記３次元オブジェクトの鉛直方向のラインが鉛直になるように、前記モデルビュー変換行列作成手段で作成されたモデルビュー変換行列の変更を行い、前記モデルビュー変換手段は、前記補正手段で変更された前記モデルビュー変換行列を用いて、前記グローバル座標を前記視点座標系に変換してもよい。
【００１２】
ここで、前記補正手段は、グローバル座標系における鉛直方向であるｙの値がモデルビュー変換で変換されるｘ座標の値およびｚ座標の値に与える影響を排除するように、前記モデルビュー変換行列の変更を行うことが好ましい。
【００１３】
また、前記モデルビュー変換行列は、４行４列の変換行列であり、前記補正手段は、座標の左側から前記モデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合に、前記モデルビュー変換行列の１行２列目の値と３行２列目の値を０に変更し、座標の右側から前記モデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合に、前記モデルビュー変換行列の２行１列目の値と２行３列目の値を０に変更することが好ましい。
【００１４】
遠近歪みが発生するのは、グローバル座標系では（ｙの値に係らずｘ及びｚの値が一定なので）ｙ軸に対してまっすぐであった建物（の鉛直方向のライン）がモデルビュー変換および射影変換を行うことによって、変換後のｘ座標の値がグローバル座標系のｙ座標の値によって変わってしまうことにある。そこで、最終的な変換後のｘ座標の値がグローバル座標系のｙ座標の値の影響を受けないようにすればよいが、射影変換を変更すると射影変換の役割を果たさない。また、射影変換ではｘ座標の値はｚ座標の値の影響を受けるため、ｚ座標の値がｙ座標の値の影響を受けてはいけない。これらのことから、モデルビュー変換で変換されるｘ座標の値およびｚ座標の値がグローバル座標系のｙ座標の値の影響を受けないようにすればよいことになる。
【００１５】
よって、上記のように作成されたモデルビュー変換行列の変更を行うことによって、グローバル座標系における鉛直方向であるｙの値がモデルビュー変換で変換されるｘ座標の値およびｚ座標の値に与える影響を排除でき、３次元オブジェクトを表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させることができる。
【００１６】
また、前記地図表示装置は、さらに、前記補正手段において「常に補正を行う」、「前記表示補正フラグに基づいて補正を行う」、および「常に補正を行わない」のいずれかを選択する選択手段を備え、前記補正手段は、前記選択手段で「常に補正を行う」が選択された場合には、前記表示補正フラグに関係なく前記３次元オブジェクトすべてに対して前記補正を行い、前記選択手段で「前記表示補正フラグに基づいて補正を行う」が選択された場合には、前記表示補正フラグに基づいて前記３次元オブジェクトに対して前記補正を行い、前記選択手段で「常に補正を行わない」が選択された場合には、前記３次元オブジェクトに対して前記補正を行わないとしてもよい。
【００１７】
これによって、通常の遠近歪みを含む表示と、３次元オブジェクトごとに表示補正フラグに基づいて表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させる表示と、すべての３次元オブジェクトを表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させる表示とを必要に応じて選択することができる。
【００１８】
また、本発明に係る地図表示システムは、３次元オブジェクトに関するデータを含む地図データに基づいて３次元地図画像データを生成するサーバ装置と、前記サーバ装置と通信を行って表示画面上に３次元地図を表示する端末装置とを備える地図表示システムであって、前記地図データには、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に前記３次元オブジェクトの鉛直方向のラインが鉛直になるように補正を行うか否かを示す表示補正フラグを含み、前記サーバ装置は、前記表示補正フラグが補正を行うことを示す場合、前記３次元オブジェクトを前記表示画面上に表示する際に前記３次元オブジェクトの鉛直方向のラインが鉛直になるように補正を行う補正手段と、前記３次元地図画像データを前記端末装置に送信する通信手段とを備え、前記端末装置は、前記サーバ装置より送信された前記３次元地図画像データを受信する通信手段と、前記受信した前記３次元地図画像データを前記表示画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせて表示する表示手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
これによって、サーバ装置と通信を行うハードウェア資源の少ない例えば携帯電話機等の端末装置の表示画面上に３次元地図を表示する場合に、まっすぐに表示すること必要な３次元オブジェクトだけを表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させることができる。
【００２０】
なお、本発明は、このような地図表示装置や地図表示システムとして実現することができるだけでなく、このような地図表示装置や地図表示システムが備える特徴的な手段をステップとする地図表示方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る地図表示装置によれば、必要に応じて３次元オブジェクトごとに補正を行って、まっすぐに表示すること必要な３次元オブジェクトである建物だけを画面縦方向に対してまっすぐに表示するので、ジャギーが出ることを防止して見やすくかつ美しく表示することができる。
【００２２】
よって、本発明により、ハードウェア資源の少ない装置であってもジャギーが出ることを防止して見やすくかつ美しく表示することができるので、カーナビゲーション装置等の装置で３次元地図を表示画面上に表示することが普及してきた今日における実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を用いて本発明に係る地図表示装置の詳細な説明を行う。尚、本発明に係る地図表示装置の例としては、３次元地図表示機能を備えるカーナビゲーション装置、携帯電話、デジタルテレビ、ＰＣ、ＰＤＡ等であり、地図表示が可能な画面を有する装置である。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る地図表示装置の構成の一部を示すブロック図である。
【００２５】
この地図表示装置は、電子化された地図データから３次元画像を生成して地図を画面に表示する装置であり、画面に表示されるオブジェクトの位置情報、高さ情報等の地図データを格納している地図データ記憶部１０１と、地図データ記憶部１０１から地図データを取得してオブジェクトの形状データ等の地図描画データを生成する地図描画データ生成部１０２と、前記地図データ生成部において生成された地図描画データに対し描画処理を行い画面に表示される画像を生成する描画部１０３と、描画部１０３により生成された画像をディスプレイ等の実際の画面に表示する表示部１０４とを備える。
【００２６】
地図データ記憶部１０１は、画面に表示される道路、街区、地形等の緯度経度による位置情報、高さ情報や属性情報（例えば対象が何であるか、色等）、画面に表示される３次元オブジェクトを示すための３次元建物データ等からなる地図データを格納している。３次元建物データは、３次元オブジェクトである建物の高さＨ、この建物の境界矩形を構成する多角柱形状の頂点数Ｎ、各頂点座標Ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、属性等により構成されている。ここで、建物の多角柱形状の各頂点座標Ｐｉは２次元座標であるものとする。また、建物の多角柱形状を描画するための属性としては、色、面に対して貼り付けられる画像であるテクスチャ、面を構成するインデックス等の面情報や、どういった種類の建物であるかを示す情報等がある。
【００２７】
地図描画データ生成部１０２は、地図データ記憶部１０１に格納されている地図データに基づいて、３次元オブジェクトの面、線、点等を構成する要素頂点の座標や要素頂点の接続情報からなる形状データ、およびオブジェクトの描画のための色値やテクスチャ画像等の描画情報からなる地図描画データを生成する。この地図描画データ生成部１０２は、オブジェクト生成部１０２ａ、ローカル座標変換部１０２ｂ、モデルビュー変換行列作成部１０２ｃ、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄ、及びモデルビュー変換部１０２ｅより構成される。
【００２８】
オブジェクト生成部１０２ａは、緯度経度、高さ情報、ビルの種別等の地図データを用いて画面に表示される建物等の３次元オブジェクトの生成処理を行う。画面に表示される３次元オブジェクトが多角柱形状の建物である場合には、オブジェクト生成部１０２ａは、地図データ記憶部１０１に格納されている３次元建物データを取り出し、建物の多角柱形状を構成する２×Ｎ個の３次元頂点座標Ｑｉ（ｉ＝１〜Ｎ）及びＲｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を求める。ここで、Ｑｉは多角柱の高さ０の平面状にある下面を構成する頂点座標である。尚、オブジェクト生成部１０２ａにおいて求められた３次元オブジェクトの各頂点座標は３次元オブジェクトを中心とした座標系であるローカル座標系である。
【００２９】
さらに、オブジェクト生成部１０２ａは、Ｎ個の側面と１つの上面を構成する頂点番号の配列を求める。描画情報である各面の色やテクスチャは、面の法線の向きによって割り当てられる。例えば、オブジェクトの色については、光源の位置と面の法線を用いて面に対する光の当たり具合を計算し、リアルタイムで描画する色の輝度を求めることができる。尚、オブジェクト生成部１０２ａは、予め３次元建物データに描画情報が含まれている場合には、３次元建物データに基づいて各面の色やテクスチャを割り当てる。
【００３０】
ローカル座標変換部１０２ｂは、３次元オブジェクトに対して、その３次元オブジェクトを中心としたローカル座標系からより大きな座標系であるグローバル座標系に４行４列のローカル座標変換行列を用いて変換する処理を行う。
【００３１】
モデルビュー変換行列作成部１０２ｃは、グローバル座標系を、視点座標を原点、視線方向を奥行き方向（ｚ軸）、鉛直上向き方向を高さ方向（ｙ軸）とするような視点座標系に変換するモデルビュー変換行列を作成する。
【００３２】
モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、補正手段を構成しており、モデルビュー変換行列作成部１０２ｃで作成されたグローバル座標系上の座標を視点座標系に変換するための４行４列のモデルビュー変換行列を変更する。すなわち、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、座標の左側からモデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合には、モデルビュー変換行列のｘへの変換に関する１行目のｙ座標に関する項（１行２列目の項）と、ｚへの変換に関する３行目のｙ座標に関する項（３行２列目の項）を０に変更する。一方、座標の右側からモデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合には、モデルビュー変換行列変更部１０２ｃは、モデルビュー変換行列のｘへの変換に関する１列目のｙ座標に関する項（２行１列目の項）と、ｚへの変換に関する３列目のｙ座標に関する項（２行３列目の項）を０に変更する。
【００３３】
モデルビュー変換部１０２ｅは、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄから入力されたモデルビュー変換行列を用いてグローバル座標系上の３次元オブジェクトの各頂点座標を視点座標系に変換する処理を行う。すなわち、モデルビュー変換部１０２ｅは、変更されたモデルビュー変換行列を用いて地図描画データに含まれる形状データを構成する全ての頂点座標Ｔ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）を、視点座標系の３次元座標Ｔ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，１）に変換する。尚、変換時の頂点座標Ｔ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）及び変換後の頂点座標Ｔ’（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，１）の４行目の成分は共に１となるが、これは形状データ変更行列の平行移動成分からの影響を有効にするためのものである。また、視点座標は、グローバル座標系上の一点であり、例えば利用者の指示や、地図表示装置が搭載されている移動体の現在位置（自車位置）等に基づいて設定される。
【００３４】
描画部１０３は、地図描画データ生成部１０２で処理された３次元の地図描画データに対して、２次元の実際のスクリーン上に射影変換する描画処理を行い画面に表示される画像を生成する。この描画部１０３は、射影変換部１０３ａ及びビューポート変換部１０３ｂを備えている。
【００３５】
射影変換部１０３ａは、モデルビュー変換部１０２ｅにおいて変換された視点座標系の３次元オブジェクトの各頂点座標に対する射影変換行列を設定し、３次元建物オブジェクトの各頂点座標を２次元のスクリーンに投影する射影変換処理を行う。また、射影変換部１０３ａは、クリップ座標を特定して、視点座標とクリップ座標を含む透視錘台からはみ出すオブジェクトの線や面を切り取る処理を行う。
【００３６】
図３は、射影変換部１０３ａにおける射影変換処理の説明図である。図３に示すように、描画領域３０１及び地図描画データ３０２がグローバル座標上の３次元座標系に表示されている。
【００３７】
射影変換部１０３ａは、視点座標に対応する位置に配置される視点３０３や視線ベクトルから決定される４行４列の射影変換行列を決定する。そして、射影変換部１０３ａは、射影変換行列を用いて３次元建物オブジェクト等の３次元頂点座標の行列変換を行うことにより、３次元頂点座標を２次元のスクリーン３０４の座標系に変換する。その結果、３次元建物オブジェクトの各座標がスクリーン上のどの位置に配置させるかが決定され、地図表示装置のスクリーン３０４には射影された画像３０５が表示される。尚、射影変換においては、視点３０３から近くのオブジェクトは大きく描画され、視点から遠くのオブジェクトは小さく描画されるのが一般的となる。
【００３８】
また、射影変換部１０３ａは、射影変換処理された頂点座標データに基づいて３次元オブジェクトの各面の塗りつぶし処理を行う。この塗りつぶし処理においては、射影変換部１０４ａは、射影変換処理により計算されるＺ値と呼ばれる視点からの奥行き情報に基づいて陰面除去処理を行うことがある。この陰面除去処理とは、視線３０３から見えないオブジェクトや面を検出して描画しないようにする処理であり、この陰面除去処理を実現する方法としては、表示画面の各画素単位に奥行き情報を付与して、各画素の描画時に奥行き情報を判定して手前側のみを描画するＺバッファ法や、描画する面毎に奥行き順に並べ替えて視点遠方から順に描画するＺソート法等の方法がある。
【００３９】
ビューポート変換部１０３ｂは、射影変換部１０３ａにおいて射影変換された画像を、地図表示装置の画面上での最終的な表示領域の適切な大きさに合わせるためのビューポート変換行列を用いて３次元オブジェクトの各頂点座標の行列変換を行う。ここで、ビューポートとは、画面より小さい領域の幅と高さを有する四角形状の領域を示す。そして、ビューポート変換部１０３ｂは、ビューポート変換された座標を２次元のスクリーン上の座標であるスクリーン座標（Ｓｘ，Ｓｙ）に変更する。
【００４０】
表示部１０４は、ビューポート変換部１０３ｂにおいて決定されたスクリーン座標（Ｓｘ，Ｓｙ）を取得して、地図表示装置の実際の画面であるディスプレイ等に描画データを表示する。
【００４１】
上記のように構成された地図表示装置における３次元オブジェクトの表示処理手順を説明する。図２は、本実施の形態に係る地図表示装置の画面に表示される３次元オブジェクトの座標を求めるためのフローチャートである。
【００４２】
まず、オブジェクト生成部１０２ａは、地図データ記憶部１０１に記憶されているオブジェクトの地図データである頂点座標（例えば（Ｘ，Ｙ，高さ）とする）、色データ、テクスチャデータ、面データを構成するインデックス等を含む面情報を読み出す（Ｓ２０１）。そして、オブジェクト生成部１０２ａは、地図データ記憶部１０１より取得した画面に生成される建物の短形領域の各頂点における緯度、経度等の位置情報と、これらの各頂点における高さ情報を取り出して、建物の短形領域の各頂点に位置情報と高さ情報とを付与して、多角柱データとして表示される３次元建物オブジェクトを生成する（Ｓ２０２）。また、オブジェクト生成部１０２ａは、地図データから３次元建物オブジェクトの頂点色の設定も行う。
【００４３】
次に、ローカル座標変換部１０２ｂは、ローカル座標変換行列の設定を行い、オブジェクト生成部１０２ａより取得した各頂点のローカル座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ，１）を、ローカル座標変換行列を用いて行列変換してグローバル座標（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’，１）を設定する（Ｓ２０３及びＳ２０４）。
【００４４】
そして、モデルビュー変換行列作成部１０２ｃは、グローバル座標を、視点座標を原点、視線方向を奥行き方向（ｚ軸）、鉛直上向き方向を高さ方向（ｙ軸）とするような視点座標系に変換するモデルビュー変換行列を作成する。次に、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、変換後の建物をスクリーンのｙ軸に対して真っすぐ描画するために、モデルビュー変換行列を座標の左側からかけて座標変換を行う場合には、モデルビュー変換行列の１行２列目の値と３行２列目の値を０に変更する。一方、座標の右側からモデルビュー変換行列をかけて座標変換を行う場合には、モデルビュー変換行列の２行１列目の値と２行３列目の値を０に変更する。その後、モデルビュー変換部１０２ｅは、変更されたモデルビュー変換行列を用いて、３次元オブジェクトの座標をグローバル座標系から視点座標系に変換し、設定する（Ｓ２０５及びＳ２０６）。この際には、３次元オブジェクトの各頂点座標だけではなく、視点座標、光源等の必要なもの全てを視点座標系に配置する。
【００４５】
また、射影変換部１０３ａは、視点座標系の３次元オブジェクトの各頂点座標を、視点座標からの距離に応じて近いものほど大きく、遠いものほど小さくなるように変換し、２次元のスクリーンに投影を行う射影変換行列を決定すると共に、視点座標からスクリーン座標に変換するための行列変換処理を行う（Ｓ２０７）。尚、この際、射影変換部１０３ａは、不要なオブジェクトの線や面を取り除くためにクリップ座標を設定する（Ｓ２０８）。
【００４６】
そして、ビューポート変換部１０３ｂは、３次元オブジェクトを実際のスクリーンである画面上の表示位置と大きさに合わせるため、３次元オブジェクトの各座標をビューポート変換により変換して（Ｓ２０９）、最終的に地図表示装置のスクリーン上の座標であるスクリーン座標を設定する（Ｓ２１０）。
【００４７】
図４は、本実施の形態に係る地図表示装置におけるモデルビュー変換行列の変更処理およびグローバル座標系から視点座標系への変換処理（Ｓ２０５）の詳細手順を示すフローチャートである。
【００４８】
まず、ローカル座標変換部１０２ｂにより設定された３次元オブジェクトのグローバル座標を読み出す（Ｓ４０１）。次に、モデルビュー変換行列作成部１０２ｃは、グローバル座標、視点座標、及び視線方向に基づいてモデルビュー変換行列の作成を行う（Ｓ４０２）。そして、このモデルビュー変換行列に対して、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、まず変換後のｘ座標と変換後のｚ座標がグローバル座標系のｙ座標によって変化しないように、モデルビュー変換行列の１行２列目の値と３行２列目の値を０に変更する（Ｓ４０３）。
【００４９】
次に、モデルビュー変換部１０２ｅは、読み出した３次元オブジェクトの各頂点座標の変換処理を行う（Ｓ４０４）。変更されたモデルビュー変換行列により、３次元オブジェクトの各頂点座標は、変換後のｘ座標の値とｚ座標の値が、グローバル座標系のｙ座標の影響を受けないように変換される。そして、変換後のｙ座標に関する成分（２行目）は通常のモデルビュー変換行列のままなので、ｙ座標に関しては通常のモデルビュー変換がなされる（Ｓ４０５）。
【００５０】
そして、モデルビュー変換部１０２ｅは、各頂点座標に対して変更処理が終了すればループを終了する（Ｓ４０６）。
【００５１】
図５は、本実施の形態に係る地図表示装置の画面の表示例である。図８（ｃ）に示すように従来の地図表示では視線から離れるほど建物が傾いて描画されてしまうため、建物の鉛直方向の境界線が斜めになりジャギーが出るのに対して、本実施の形態では図５に示すように建物が画面のｙ軸方向に対して真っすぐに描画されているため、ジャギーが出ず建物を美しく表示することができることになる。
【００５２】
以上のように３次元オブジェクトの座標をグローバル座標系から視点座標系へ変換するためのモデルビュー変換行列を変更した後、グローバル座標系から視点座標系への変換処理を行っているので、地図表示画面の横方向（ｘ軸方向）や奥行き（ｚ方向）に関するデータを正しく保ったまま、縦方向（ｙ軸方向）に関するデータを補正し、画面端にある建物を画面縦方向に対してまっすぐに表示することができる。よって、ジャギーが出ることなく、建物を美しく表示することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄにおいて、モデルビュー変換行列の変更を必ず行っているが、これに限られるものではない。例えば、選択部を備えてモデルビュー変換行列の変更を行うか否かを選択する構成としてもよい。これによって、通常の遠近歪みを含む表示と、３次元オブジェクトを表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させる表示とを必要に応じて選択することができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、単体で動作する地図表示装置を例に説明しているが、これに限られるものではない。例えば、上記地図表示装置の構成に携帯情報端末や携帯電話機等の端末装置との通信部を設け、スクリーン座標系に変換された３次元地図画像データを端末装置に送信することで、端末装置の表示画面上に３次元地図を表示することができる。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、地図データに含まれる表示補正フラグに基づいて建物ごとに補正を行うか否かを決定して、表示を行う場合について説明する。なお、本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成と同様であるので、図１を用いて説明し、同様の部分の説明を省略する。
【００５６】
本実施の形態は、地図データ記憶部１０１に格納されている３次元建物データ、およびモデルビュー変換行列変更部１０２ｄの動作が実施の形態１と相違する。その他については、実施の形態１と同様である。
【００５７】
地図データ記憶部１０１には、３次元オブジェクトである建物の高さＨ、この建物の境界矩形を構成する多角柱形状の頂点数Ｎ、各頂点座標Ｐｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、属性等に加えて、モデルビュー変換行列の変更を行うか否かを示す表示補正フラグを有する３次元建物データが格納されている。
【００５８】
モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、表示補正フラグがモデルビュー変換行列の変更を行うことを示している（表示補正フラグがＯＮ）か否かを判断する。モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、表示補正フラグがＯＮを示している場合、モデルビュー変換行列の変更を行い、表示補正フラグがＯＮを示していない場合、モデルビュー変換行列の変更を行わない。
【００５９】
図６は、本実施の形態に係る地図表示装置における、表示補正フラグを用いる場合のモデルビュー変換行列の変更処理およびグローバル座標系から視点座標系への変換処理の手順を示すフローチャートである。なお、ここでは図４を用いた実施の形態１における説明より簡略化している。
【００６０】
モデルビュー変換行列作成部１０２ｃは、グローバル座標、視点座標、及び視線方向に基づいてモデルビュー変換行列の作成を行う（Ｓ５０１）。次に、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、３次元オブジェクトの表示補正フラグがＯＮを示しているか否かを判断する（Ｓ５０２）。この結果、表示補正フラグがＯＮを示している場合（Ｓ５０２でＹＥＳ）、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄはモデルビュー変換行列の変更を行う（Ｓ５０３）。すなわち、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄは、モデルビュー変換行列に対して、まず変換後のｘ座標と変換後のｚ座標がグローバル座標系のｙ座標によって変化しないように、モデルビュー変換行列の１行２列目の値と３行２列目の値を０に変更する。
【００６１】
次に、モデルビュー変換部１０２ｅは、変更されたモデルビュー変換行列を用いて読み出した３次元オブジェクトの各頂点座標に対して変換処理を行う（Ｓ５０４）。よって、この場合、３次元オブジェクトの各頂点座標は、変換後のｘ座標の値とｚ座標の値が、グローバル座標系のｙ座標の影響を受けないように変換されることになる。
【００６２】
一方、表示補正フラグがＯＮを示していない場合（Ｓ５０２でＮＯ）、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄはモデルビュー変換行列の変更を行わない。そして、モデルビュー変換部１０２ｅは、変更されていない通常のモデルビュー変換行列を用いて読み出した３次元オブジェクトの各頂点座標に対して変換処理を行う（Ｓ５０４）。よって、この場合、通常のモデルビュー変換がなされることになる。
【００６３】
以上のように、建物（３次元オブジェクト）の座標をグローバル座標系から視点座標系へ変換するためのモデルビュー変換行列を変更するか否かの決定を建物ごとに表示補正フラグに基づいて行っているので、必要に応じて建物ごとに補正を行うことができ、まっすぐに表示すること必要な建物だけを画面縦方向に対してまっすぐに表示することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、モデルビュー変換行列変更部１０２ｄにおいて、建物ごとに補正を行うか否かを表示補正フラグに基づいて決定しているが、これに限られるものではない。例えば、選択部を備えて、すべてに対して補正を行わないか、建物ごとに補正を行うか否かを表示補正フラグに基づいて決定するか、すべてに対して補正を行うか、のいずれかを選択する構成としてもよい。これによって、通常の遠近歪みを含む表示と、建物ごとに表示補正フラグに基づいて表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させる表示と、すべての３次元オブジェクトを表示画面の縦方向に対してまっすぐに表示させる表示とを必要に応じて選択することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、表示補正フラグを建物ごとに有する構成とし、建物ごとに補正を行うか否かを表示補正フラグに基づいて決定しているが、これに限られるものではない。例えば、表示補正フラグを複数の建物を含む建物群ごとに有する構成とし、建物群ごとに補正を行うか否かを表示補正フラグに基づいて決定しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る地図表示装置は、３次元オブジェクトの建物を美しく表示することができ、例えばカーナビゲーション装置や携帯情報端末、携帯電話機等の表示画面上に３次元地図を表示するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る地図表示装置の構成の一部を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る地図表示装置の画面に表示される３次元オブジェクトの表示処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】射影変換部における射影変換処理の説明図である。
【図４】地図表示装置におけるモデルビュー変換行列の変更処理およびグローバル座標系から視点座標系への変換処理の詳細手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る地図表示装置の画面の表示例である。
【図６】本実施の形態２に係る地図表示装置における、表示補正フラグを用いる場合のモデルビュー変換行列の変更処理およびグローバル座標系から視点座標系への変換処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】３次元の座標系を示す模式図であり、（ａ）ローカル座標系、（ｂ）グローバル座標系、（ｃ）視点座標系である。
【図８】遠近歪みを説明するための模式図であり、（ａ）３次元オブジェクト（建物）の側面図、（ｂ）３次元オブジェクト（建物）の正面図、（ｃ）画面全体の正面図である。
【図９】３次元オブジェクト（建物）の鉛直方向の境界線を示す模式図であり、（ａ）境界線が斜めになりジャギーが出た状態、（ｂ）アンチエイリアス処理された状態、（ｃ）境界線がまっすぐな状態である。
【図１０】３次元オブジェクトを画面に表示する方法の説明図であり、（ａ）３次元オブジェクトを構成する全頂点に対して座標変換を行う方法、（ｂ）３次元オブジェクトの底面を構成する頂点に高さを与えて擬似的に立体を作成する方法である。
【図１１】各表示方法による表示例を示す模式図であり、（ａ）３次元オブジェクトを構成する全頂点に対して座標変換を行う方法、（ｂ）３次元オブジェクトの底面を構成する頂点に高さを与えて擬似的に立体を作成する方法である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１    地図データ記憶部
１０２    地図描画データ生成部
１０２ａ  オブジェクト生成部
１０２ｂ  ローカル座標変換部
１０２ｃ  モデルビュー変換行列作成部
１０２ｄ  モデルビュー変換行列変更部
１０２ｅ  モデルビュー変換部
１０３    描画部
１０３ａ  射影変換部
１０３ｂ  ビューポート変換部
１０４    表示部
３０１    描画領域
３０２    地図描画データ
３０３    視点
３０４    スクリーン
３０５    スクリーンに描画された描画領域
【図１】
0004642431.tif 000002
【図２】
0004642431.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004642431.tif 000008
【図８】
0004642431.tif 000009
【図９】
0004642431.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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