(57)【要約】【課題】  表示領域全体に比較的軽い負荷で３次元地図を表示する。【解決手段】  地図データベースとして、地物を精細に表現するための精細モデルデータベース１７と、簡易に表現するための簡易モデルデータベース１６とを用意する。３次元地図を表示する際には、簡易モデルを用いて全表示領域に簡易３次元地図を描画するとともに、視点から所定の距離内の精細モデル描画範囲については、別のレイヤに精細モデルを用いて精細３次元地図を描画する。そして、簡易３次元地図の前面に精細３次元地図を重畳し、合成して３次元地図を表示させる。この際、精細モデル描画範囲の境界付近は精細３次元地図を半透明に描くことにより両者を違和感なく融合させる。また、精細モデルが整備されている境界付近に視点がある場合には、精細モデル全体を半透明に描くことにより、精細３次元地図を徐々に透過させて違和感なく簡易３次元地図のみの表示に移行させることが可能となる。【選択図】  図１
2016134009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元地図を表示する３次元地図表示システムであって、
地図に含まれる地物の正確性が高い地図データである精細モデルを格納する精細モデルデータベースと、
前記精細モデルよりも地図に含まれる地物の正確性が低い地図データである簡易モデルを格納する簡易モデルデータベースと、
前記精細モデルデータベースおよび簡易モデルデータベースを参照して、指定された視点、視線方向からみた３次元地図を表示する地図表示部とを備え、
前記地図表示部は、
前記視点から前記視線方向に所定の距離以内の範囲を精細モデル描画範囲とし、該精細モデル描画範囲において、前記精細モデルを用いて、前記地物の正確性が高い３次元地図である精細３次元地図を描画する精細３次元地図描画部と、
前記精細３次元地図が描かれない範囲を含んで設定された範囲で、前記簡易モデルを用いて、前記精細３次元地図よりは前記地物の正確性が低い３次元地図である簡易３次元地図を描画する簡易３次元地図描画部と、
前記簡易３次元地図の前面に前記精細３次元地図を重畳させた状態で、両者を合成して表示する画像合成部とを備える  ３次元地図表示システム。
【請求項２】
請求項１記載の３次元地図表示システムであって、
前記精細３次元地図描画部は、透過描画範囲として前記精細モデル描画範囲の境界近傍に設定された範囲内では、前記精細３次元地図を半透明で描画し、
前記簡易３次元地図描画部は、前記透過描画範囲も含むように前記簡易３次元地図を描画する３次元地図表示システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の３次元地図表示システムであって、
前記簡易３次元地図描画部は、前記３次元地図の表示領域全体に前記簡易３次元地図を描画する３次元地図表示システム。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の３次元地図表示システムであって、
前記精細モデルが用意されている精細モデル整備エリアと、用意されていない精細モデル非整備エリアとが混在している３次元地図表示システム。
【請求項５】
請求項４記載の３次元地図表示システムであって、
前記精細３次元地図描画部または前記画像合成部は、前記視線方向における前記視点から前記精細モデル整備エリアの境界までの距離が第１の所定値以下となったときは、前記境界に前記視点が近いほど前記精細３次元地図全体の透過率を高めて表示する３次元地図表示システム。
【請求項６】
請求項４または５記載の３次元地図表示システムであって、
前記精細３次元地図描画部または前記画像合成部は、前記視線方向における前記視点から前記精細モデル整備エリアの境界までの距離が第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下となったときは、前記精細３次元地図を非表示とする３次元地図表示システム。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか記載の３次元地図表示システムであって、
前記精細３次元地図描画部および前記簡易３次元地図描画部は、前記精細３次元地図と前記簡易３次元地図とを異なるレイヤに描画し、
前記画像合成部は、前記精細３次元地図が描かれたレイヤを、前記簡易３次元地図が描かれたレイヤの前面に配置して、前記合成を行う３次元地図表示システム。
【請求項８】
請求項１〜６いずれか記載の３次元地図表示システムであって、
前記画像合成部は、
前記簡易３次元地図描画部に前記簡易３次元地図を描画させ、
前記簡易３次元地図の各点の視点からの距離を記憶しているデプスバッファを消去し、
その後、前記精細３次元地図描画部に前記精細３次元地図を描画させる３次元地図表示システム。
【請求項９】
コンピュータによって３次元地図を表示する３次元地図表示方法であって、
前記コンピュータが実行するステップとして、
（ａ）  地図に含まれる地物の正確性が高い地図データである精細モデルを格納する精細モデルデータベースを参照するステップと、
（ｂ）  前記精細モデルよりも地図に含まれる地物の正確性が低い地図データである簡易モデルを格納する簡易モデルデータベースを参照するステップと、
（ｃ）  前記精細モデルデータベースおよび簡易モデルデータベースを参照して、指定された視点、視線方向からみた３次元地図を表示するステップとを備え、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ１）    前記視点から前記視線方向に所定の距離以内の範囲を精細モデル描画範囲とし、該精細モデル描画範囲において、前記精細モデルを用いて、前記地物の正確性が高い３次元地図である精細３次元地図を描画するステップと、
（ｃ２）    前記精細３次元地図が描かれない範囲を含んで設定された範囲で、前記簡易モデルを用いて、前記精細３次元地図よりは前記地物の正確性が低い３次元地図である簡易３次元地図を描画するステップと、
（ｃ３）    前記簡易３次元地図の前面に前記精細３次元地図を重畳させた状態で、両者を合成して表示するステップとを備える３次元地図表示方法。
【請求項１０】
コンピュータに３次元地図を表示させるためのコンピュータプログラムであって、
地図に含まれる地物の正確性が高い地図データである精細モデルを格納する精細モデルデータベースを参照する機能と、
前記精細モデルよりも地図に含まれる地物の正確性が低い地図データである簡易モデルを格納する簡易モデルデータベースを参照する機能と、
前記精細モデルデータベースおよび簡易モデルデータベースを参照して、指定された視点、視線方向からみた３次元地図を表示する表示機能とを前記コンピュータに実現させ、
前記表示機能として、
前記視点から前記視線方向に所定の距離以内の範囲を精細モデル描画範囲とし、該精細モデル描画範囲において、前記精細モデルを用いて、前記地物の正確性が高い３次元地図である精細３次元地図を描画する機能と、
前記精細３次元地図が描かれない範囲を含んで設定された範囲で、前記簡易モデルを用いて、前記精細３次元地図よりは前記地物の正確性が低い３次元地図である簡易３次元地図を描画する機能と、
前記簡易３次元地図の前面に前記精細３次元地図を重畳させた状態で、両者を合成して表示する機能とを前記コンピュータに実現させるコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地物の正確性が異なる複数の地図モデルを併用して３次元地図を表示する３次元地図表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置やコンピュータの画面等に用いられる電子地図では、建物などの地物を３次元的に表現した３次元地図が用いられることがある。３次元地図は、通常、３次元モデルを透視投影などで３次元的に描くことによって表示される。
ここで、３次元地図には、多数の地物が含まれ、地表面もポリゴンで表現するため、３次元モデルの数も多量となり、３次元地図の描画処理にかかる負荷は非常に高くなることがある。特に、高い視点から見た鳥瞰図を描く場合、地図の表示範囲が広域となるため、表示にかかる処理負荷は、非常に高くなることがある。
【０００３】
こうした処理負荷を軽減するため、３次元地図、特に鳥瞰図の地図表示時において、詳細度の異なる複数の地図データを併用することが行われている。例えば、特許文献１、２は、ともに立体鳥瞰地図を表示する際に、地図の表示領域を上下に２分割し、詳細な地図データを用いて視点に近い下側領域を表示し、それよりも粗い広域地図データを用いて視点から遠方の上側領域を表示する技術を開示する。また、特許文献３は、２次元の地図データを利用して道路等の鳥瞰図を描くとともに、建物の３次元モデルを透視投影した立体図を重ねて表示する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２２１２５号公報
【特許文献２】特許第３３６２５３３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３２６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術では、いずれも表示領域全体において違和感のない３次元地図を表示させることはできなかった。
例えば、特許文献１、２に記載の技術では、詳細度の異なる複数の地図の境界部分で、両データの不整合や、グラフィックスエンジンによる表示処理等に起因する表示上の乱れが生じ、地図の見栄えを損ねることがあった。また、特許文献１、２に開示された技術のように表示領域を上下に分割する方法では、境界付近に立体的に描かれた建物が存在する場合、建物が分割されて表示されることになり、違和感が生じるとともに、地図の見栄えが損なわれてしまう。特許文献３の方法では、立体図として描く建物数が増えれば、結局、３次元地図を描くための負荷が多大なものとなってしまう。
こうした課題は、鳥瞰図のみに特有のものではなく、複数の地図データをする限り、３次元地図を低い視点から描いたドライバーズビューの場合も共通に生じ得るものである。また、地図データが必ずしもメッシュ単位で格納されている場合にも限らず、複数の地図データを併用して地図を表示する場合に共通の課題である。
本発明は、かかる課題に鑑み、表示領域全体において違和感のない３次元地図を比較的軽い負荷で表示させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、３次元地図を表示する３次元地図表示システムであって、
地図に含まれる地物の正確性が高い地図データである精細モデルを格納する精細モデルデータベースと、
前記精細モデルよりも地図に含まれる地物の正確性が低い地図データである簡易モデルを格納する簡易モデルデータベースと、
前記精細モデルデータベースおよび簡易モデルデータベースを参照して、指定された視点、視線方向からみた３次元地図を表示する地図表示部とを備え、
前記地図表示部は、
前記視点から前記視線方向に所定の距離以内の範囲を精細モデル描画範囲とし、該精細モデル描画範囲において、前記精細モデルを用いて、前記地物の正確性が高い３次元地図である精細３次元地図を描画する精細３次元地図描画部と、
前記精細３次元地図が描かれない範囲を含んで設定された範囲で、前記簡易モデルを用いて、前記精細３次元地図よりは前記地物の正確性が低い３次元地図である簡易３次元地図を描画する簡易３次元地図描画部と、
前記簡易３次元地図の前面に前記精細３次元地図を重畳させた状態で、両者を合成して表示する画像合成部とを備える３次元地図表示システムとして構成することができる。
【０００７】
上述の通り、本発明は精細モデルと簡易モデルとを備えている。
精細モデルは地物の正確性が高い地図データであり、例えば、建物については形状、表面のテクスチャが整備され、道路については白線を表現するためのデータが用意されているなど、リアリティの高い３次元地図を表示するためのデータである。もっとも、リアリティの程度は任意に設定可能であり、必ずしも全ての建物に対して正確な形状のモデルやテクスチャが整備されている必要はないし、道路に対して白線が整備されている必要もない。後述する簡易モデルに対して相対的に地物の正確性が高くなっている地図データであれば足りる。
これに対し、簡易モデルは、相対的に地物の正確性が低い地図データである。例えば、建物について、平面形状を表す建物枠を各建物の高さに応じて高さ方向に平行移動した柱状の簡易形状を用いるようにしてもよいし、その表面は、ビルの外観を表す典型的なテクスチャを貼付するようにしてもよい。道路についても、単に折れ線状に用意されたデータに、道路幅に応じた幅を持たせたポリゴンで表現するなどのモデルを採用することができる。また、簡易モデルとしては、２次元の地図データベースを用いても良い。簡易モデルは、精細モデルよりも相対的に地物の正確性が低いものであればよいため、上述の態様に限らず、建物をワイヤフレームで表現し、テクスチャを省略するなど、種々の態様をとることができる。また、３次元表示の対象となる建物を間引くようにしてもよい。
本発明では、視点に近い精細モデル描画範囲については精細３次元地図を描画し、その他の範囲については、簡易３次元地図を描画するため、全体について精細３次元地図を描画する場合に比べて、３次元地図を表示させるための負荷を軽減することができる。
また、精細３次元地図は、３次元空間において視点から所定の距離以内で区切られた範囲を対象として描いているため、その範囲内に存在する建物については、全体がきちんと描画されることになる。従って、精細３次元地図と簡易３次元地図との境界付近の違和感も軽減することができる。
このように、本発明では、精細モデルと簡易モデルとを用いる範囲を３次元空間内で区分することにより、複数のモデルを併用して描画の負荷を軽減しつつ、違和感のない３次元地図の表示を実現することができる。
【０００８】
本発明において、地図を表示するデバイスとしては、コンピュータ、ナビゲーション装置の画面、スマートフォン、携帯電話、タブレットなどの携帯端末の画面などを用いることができる。
視点、視線方向は、ユーザが手動で指定する方法、携帯端末の姿勢や向きによって指定する方法など、種々の方法で指定してもよい。また、別の方法として、経路案内の過程では、案内すべき経路と現在位置に基づいて自動的に設定されるようにしてもよい。
【０００９】
本発明の３次元地図表示システムにおいては、
前記精細３次元地図描画部は、透過描画範囲として透過描画範囲として前記精細モデル描画範囲の境界近傍に設定された範囲内では、前記精細３次元地図を半透明で描画し、
前記簡易３次元地図描画部は、前記透過描画範囲も含むように前記簡易３次元地図を描画するものとしてもよい。
こうすることによって、精細３次元地図と簡易３次元地図との境界付近の透過描画範囲では、簡易３次元地図の上に半透明の精細３次元地図が重なって描かれる。従って、表示されている３次元地図全体の中で、両者が違和感なく融合しているように視認され、３次元地図の見栄えを向上することができる。
透過描画範囲は、その広さ、形状ともに上述した視覚的な効果を踏まえて任意に設定可能である。また、透過描画範囲の広さは、全ての地域で固定である必要はなく、例えば、建物が多い都会では半透明で描画する範囲を狭め、建物が少ない田舎では広くするなど、地域に応じて変化させてもよい。また、本発明の３次元地図表示を経路案内等で用いる場合には、自車位置の移動速度に応じて透過描画範囲を変化させてもよい。
また、半透明の透過率も任意に設定可能である。半透明で描画する範囲内で一律の透過率としてもよいし、透過描画範囲内で透過率を変化させてもよい。例えば、透過描画範囲内において精細モデル描画範囲の境界に近いほど透過率を高める態様とすれば、精細３次元地図から簡易３次元地図に、より自然に移行する視覚的効果を与えることができる。
【００１０】
また、本発明の３次元地図表示システムにおいては、
前記簡易３次元地図描画部は、前記３次元地図の表示領域全体に前記簡易３次元地図を描画してもよい。
こうすることにより、精細３次元地図が描かれる範囲を考慮することなく、簡易３次元地図を描画すれば済むため、簡易３次元地図を描画する範囲の設定負荷を軽減することができる。
【００１１】
本発明の３次元地図表示システムにおいては、
前記精細モデルが用意されている精細モデル整備エリアと、用意されていない精細モデル非整備エリアとが混在しているものとしてもよい。
こうすることによって、精細モデルを用意するための負荷も軽減することができる。精細モデル整備エリアは、任意に設定可能である。例えば、都市部など、建物等についてリアリティの高い表示に対する要請が高い地域に対して精細モデルを用意し、郊外や田舎の地域などについては、精細モデルは用意せず簡易モデルのみを用意するようにしてもよい。
【００１２】
上述のように精細モデル整備エリアと精細モデル非整備エリアとが混在する場合、
前記精細３次元地図描画部または前記画像合成部は、前記視線方向における前記視点から前記精細モデル整備エリアの境界までの距離が第１の所定値以下となったときは、前記境界に前記視点が近いほど前記精細３次元地図全体の透過率を高めて表示するものとしてもよい。
精細モデル整備エリアの境界付近では、視点によっては、本来予定されている精細モデル描画範囲全体について精細３次元地図を表示することができなくなることがある。上記態様は、かかる状態を考慮し、精細モデル整備エリアの境界近傍に視点がある場合には、精細３次元地図全体の透過率を高めて表示させる。こうすることにより、十分な範囲の精細３次元地図が表示できなくなった場合でも、自然に簡易３次元地図に移行する様子を表現できる。特に、この態様は、視点を移動させながら３次元地図を表示する場合に有用性が高い。
【００１３】
また、
前記精細３次元地図描画部または前記画像合成部は、前記視線方向における前記視点から前記精細モデル整備エリアの境界までの距離が第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下となったときは、前記精細３次元地図を非表示とするものとしてもよい。
精細モデル整備エリアの境界に、視点がさらに接近したときは、精細３次元地図を非表示とする態様である。こうすることにより、精細３次元地図から簡易３次元地図への移行をより違和感なく実現することができる。
【００１４】
精細モデルが用意されている地域が散在するか否かにかかわらず、本発明において画像の合成は、種々の方法で行うことができる。
第１の方法は、
前記精細３次元地図描画部および前記簡易３次元地図描画部は、前記精細３次元地図と前記簡易３次元地図とを異なるレイヤに描画し、
前記画像合成部は、前記精細３次元地図が描かれたレイヤを、前記簡易３次元地図が描かれたレイヤの前面に配置して、前記合成を行う方法である。
この態様では、精細３次元地図と、簡易３次元地図とを別レイヤに描画するため、精細３次元地図を簡易３次元地図の前面に描いた状態の合成を容易に実現することができる。また、ユーザの操作に応じて精細３次元地図を非表示にするなど、３次元地図に対する種々の操作も容易に実現できる利点もある。
【００１５】
第２の方法は、
前記画像合成部は、
前記簡易３次元地図描画部に前記簡易３次元地図を描画させ、
前記簡易３次元地図の各点の視点からの距離を記憶しているデプスバッファを消去し、
その後、前記精細３次元地図描画部に前記精細３次元地図を描画させる方法である。
【００１６】
一般に３次元のグラフィックス表示においては、視点から視認できるか否かに応じて、ポリゴンの描画を制御する隠線処理を実現するため、視点からポリゴン上の各点までの距離、即ち深度（デプス）を何らかの方法で記録しながら表示処理を実行しているのが通常である。上記態様では、簡易３次元地図を描画した後、このデプスバッファを消去するため、この時点で、簡易３次元地図は単なる２次元画像となる。従って、精細３次元地図をこの上に直接描画させれば、自ずと精細３次元地図を簡易３次元地図の前面に重ねた３次元地図を実現することができる。
【００１７】
本発明においては、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、適宜、その一部を省略したり、組み合わせたりして構成してもよい。
本発明は、その他、コンピュータによって３次元地図を表示する３次元地図表示方法として構成してもよいし、かかる表示をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムとして構成してもよい。また、かかるコンピュータプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ナビゲーション装置の構成を示す説明図である。
【図２】経路案内処理のフローチャートである。
【図３】３次元地図表示処理のフローチャートである。
【図４】合成条件の設定方法を示す説明図である。
【図５】画像の合成方法を示す説明図である。
【図６】簡易３次元地図の表示例を示す説明図である。
【図７】精細３次元地図を重畳した３次元地図の表示例を示す説明図である。
【図８】精細モデルが整備されている地域から外れる際の遷移画面を示す説明図である。
【図９】精細モデルが整備されている地域に入る際の遷移画面を示す説明図である。
【図１０】変形例としての３次元地図表示処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１９】
本発明につき、ナビゲーション装置において、経路案内中にディスプレイ上に３次元地図を表示する３次元地図表示システムとして構成した実施例を説明する。実施例では、車載用のナビゲーション装置を例にとって説明するが、本発明の３次元地図表示システムは、この他、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末などの携帯端末を利用した携帯可能なナビゲーション装置として構成することもできる。また、コンピュータ等のディスプレイに、経路探索、経路案内とは無関係に静的または動的に３次元地図を表示するためのシステムとして構成することも可能である。
また、本実施例では、スタンドアロンで稼働するシステムを例示するが、図中に示す各データベース等をサーバに格納し、サーバとナビゲーション装置とをネットワークで接続したシステムとして構成してもよい。ナビゲーション装置以外の態様をとる場合も同様である。
【００２０】
Ａ．システム構成：
図１は、ナビゲーション装置１０の構成を示す説明図である。ナビゲーション装置１０は、ユーザに指定された出発地から目的地までの経路を案内する車載用の装置である。
ナビゲーション装置１０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えたコンピュータとしての構成を有しており、図示する種々の機能ブロックを有している。これらの機能ブロックは、それぞれの機能を実現するコンピュータプログラムをインストールすることによってソフトウェア的に構成することができるが、その一部または全部をハードウェア的に構成してもよい。以下、各機能ブロックの内容について説明する。
【００２１】
コマンド入力部１２は、ナビゲーション装置１０に対する操作を介してユーザからの指示を受け付ける。例えば、経路探索するための出発地、目的地の指定、地図を表示するための表示範囲（スケール）などの指示が含まれる。
道路ネットワークデータベース１５は、道路をリンクおよびノードで表した経路探索用のネットワークデータを格納している。
経路探索部１４は、道路ネットワークデータベース１５を参照して、指定された出発地から目的地までの経路を探索する。経路探索の方法としては、ダイクストラ法など周知の種々の方法をとることができる。
位置検出部１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いてナビゲーション装置１０が搭載された車両の位置を検出する。
地図表示パラメータ設定部１３は、種々の情報に基づいて３次元地図を表示するためのパラメータを設定する。例えば、位置検出部１１で検出された車両の位置に基づいて、透視投影のための視点を設定することができる。また、経路探索部１４で探索された経路および車両の位置に基づいて、透視投影のための視線方向を設定することができる。さらに、ユーザからの指示に従って表示スケールを変化させ、または視点の高さまたは俯角を変化させられるようにしてもよい。こうして設定された表示パラメータは地図表示部２０に受け渡される。
【００２２】
３次元地図を表示するための機能ブロックとして、ナビゲーション装置１０は、簡易モデルデータベース１６、精細モデルデータベース１７、および地図表示部２０を備えている。これらの機能ブロックが、本発明における３次元地図表示システムに相当する構成となる。
精細モデルデータベース１７は、地物の３次元形状を表す３次元地図データが格納されている。この３次元地図データは、主要な建物については３次元形状をほぼ正確に表し、その表面も外観を表したテクスチャを格納している。また、道路については、白線を描くためのデータも格納されている。もっとも、全ての建物および道路について、このような精細な３次元モデルを記憶しておく必要はなく、リアリティを損ねない程度に、一部の建物について簡易な形状、外観を適用してもよい。精細モデルデータベース１７に格納された３次元地図データを、本実施例では、精細モデルと呼ぶこともある。
精細モデルは、全ての地域に対して備えられている必要はなく、都市部などに絞って整備されていてもよい。本実施例では、精細モデルが、このように散在して整備されているものとして以下、説明する。精細モデルが整備されている地域を、精細モデル整備エリアと称し、整備されていない地域を、精細モデル非整備エリアと称する。
【００２３】
簡易モデルデータベース１６は、精細モデルよりも簡易な地図データが格納されている。本実施例では、２次元の地図データを用いるものとした。建物については平面的な形状、即ち建物枠が記憶されており、道路については、折れ線のデータとして記憶されている。本実施例では、簡易モデルデータベース１６に格納された地図データを、簡易モデルと呼ぶこともある。本実施例では、上述の通り、簡易モデルとして２次元の地図データを用いてはいるが、後述の通り、簡易モデルも３次元地図を表示するためのデータである。
簡易モデルとして、建物の３次元形状等を格納した３次元の地図データを用いても良い。もっとも、簡易モデルは、精細モデルよりもリアリティの低い地図データであるから、３次元地図データとして整備する場合であっても、建物は正確な形状ではなく、簡略化した形状とし、外観は典型的なテクスチャを用いるなどして整備することができる。道路の白線も省略して差し支えない。簡易モデルは、精細モデルのように散在的に整備されているのではなく、全地域に対して整備されている。
【００２４】
地図表示部２０は、簡易モデルデータベース１６、精細モデルデータベース１７の各データを用いて３次元地図を表示する。地図表示部２０には、更に以下の機能ブロックが備えられている。
簡易３次元地図描画部２２は、簡易モデルデータベース１６に格納された簡易モデルを用いて３次元地図を表示する。本実施例では、先に説明した通り、簡易モデルとして２次元地図データが格納されている。かかるデータを用いて３次元地図を表示する方法は、次の通りである。２次元地図データを透視投影することにより、３次元的な鳥瞰図を描画することが可能である。簡易３次元地図描画部２２は、この鳥瞰図のリアリティを向上させるため、道路については、折れ線ではなく、道路幅に応じた太さを持たせて描く。また主要な建物については、平面形状を表す建物枠を、それぞれの建物の高さに応じて、高さ方向に平行移動して生成される柱状の形状によって３次元的に描画する。建物の表面には典型的な窓や壁などを表すテクスチャを貼付する。こうして描画された３次元地図を本実施例では、簡易３次元地図と称する。簡易３次元地図は、軽い負荷で描画できる特徴がある。
簡易３次元地図を描画する際には、視点からの距離に応じて簡略化の程度を変化させてもよい。例えば、視点に比較的近い領域では、上述のように道路に太さを持たせて描き、所定の距離以上の遠方では、道路を線で描くようにすることができる。また、かかる遠方では、建物を立体化して描画することを省略してもよい。こうすることで、簡易３次元地図の描画負荷をさらに軽減することができる。本実施例では、簡易３次元地図においても地表面の起伏については３次元の座標を反映して描くものとしている。こうすることにより、山などの風景を忠実に再現することが可能となる。
精細３次元地図描画部２３は、精細モデルデータベース１７に格納された精細モデルを用いて透視投影により、３次元地図を表示する。こうして表示された３次元地図を本実施例では、精細３次元地図と称する。
簡易３次元地図、精細３次元地図のいずれにおいても、透視投影のために用いられる視点および視線方向は、地図表示パラメータ設定部１３によって設定される。視点、視線方向をユーザの指示によって変化させられるようにしてもよい。
本実施例では、簡易３次元地図、精細３次元地図を描画する範囲が異なっている。簡易３次元地図は、視点から視線方向に向かって、ナビゲーション装置１０のディスプレイの全表示領域について描画される。これに対し、精細３次元地図は、視点から視線方向に向かって所定の距離（奥行き方向の距離を深さともいう）までの範囲（これを精細モデル描画範囲と呼ぶ）に存在する精細モデルを用いて描画される。つまり、精細３次元地図は、ナビゲーション装置１０の表示領域の一部にのみ描かれる状態となる。
簡易３次元地図についても、精細３次元地図が描かれない範囲に絞って描画するようにすることも可能ではあるが、全表示領域について描画することにより、簡易３次元地図を描画する範囲を決定する処理を省略でき、また、精細３次元地図の透過率を種々変化させても、全体として３次元地図としての外観を維持することができる利点がある。
【００２５】
画像合成部２１は、簡易３次元地図の前面に精細３次元地図を合成して表示する。こうすることにより、視点から精細モデル描画範囲に相当する深さの範囲内は精細３次元地図、それよりも遠方は簡易３次元地図で表された３次元地図を表示することができる。
本実施例では、精細３次元地図を一部半透明にして合成している。合成条件設定部２４は、視点、視線方向などに基づいて、精細３次元地図の透過率を決定する機能を奏する。
以上で説明した機能により、本実施例のナビゲーション装置１０は、表示範囲全体に３次元地図を表示させることができる。また、精細３次元地図の描画を精細モデル描画範囲内に限定することにより、描画に要する負荷を軽減することができる。そして、精細３次元地図の一部を半透明にして簡易３次元地図と合成することにより、両者が切り替わる部分の違和感を軽減することができ、見栄えを向上させることができる。
次に、以上の機能を実現するための処理内容について説明する。
【００２６】
Ｂ．経路案内処理：
図２は、経路案内処理のフローチャートである。図１に示した機能ブロック全体によって実現される処理であり、ハードウェア的にはナビゲーション装置１０のＣＰＵによって実行される処理である。
処理を開始すると、ナビゲーション装置１０は、ユーザによる出発地、目的地の指定を入力する（ステップＳ１０）。そして、指定された出発地から目的地に至る経路を探索する（ステップＳ１１）。経路探索は、道路ネットワークデータを用いてダイクストラ法その他の周知の方法によって行うことができる。
経路の探索が完了すると、ナビゲーション装置１０は、経路案内を開始する。
まず、車両の現在位置を検出し（ステップＳ１２）、これに基づいて透視投影のための視点および視線方向を設定する（ステップＳ１３）。設定は、種々の方法をとることができる。例えば、案内すべき経路上で、現在位置よりも所定距離だけ後方の位置を視点とすることができる。また、視線方向は経路上の進行方向とすることができる。
ナビゲーション装置１０は、設定された視点、視線方向に基づいて３次元地図表示処理を実行する（ステップＳ１４）。この処理は、簡易３次元地図、精細３次元地図を用いて視点、視線方向からの３次元地図をディスプレイに表示する処理である。処理内容の詳細については、後述する。
以上のステップＳ１２以降の処理を、ナビゲーション装置１０は、経路案内が終了するまで（ステップＳ１５）、繰り返し実行する。
【００２７】
Ｃ．３次元地図表示処理：
図３は、３次元地図表示処理のフローチャートである。経路案内処理（図２）のステップＳ１４に相当する処理であり、ナビゲーション装置１０内に組み込まれた３次元地図表示システムとしての機能ブロック、即ち地図表示部２０および簡易モデルデータベース１６、精細モデルデータベース１７によって実現される処理である。
処理を開始すると、ナビゲーション装置１０は、視点、視線方向を入力する（ステップＳ２０）。これらは、経路案内処理のステップＳ１３で設定された値である。
そして、ナビゲーション装置１０は、簡易モデルにより、簡易３次元地図を描画する（ステップＳ２１）。具体的には、視点、視線方向に基づいて描画すべき範囲内の簡易モデルを読み込み、これを透視投影する。この際、道路については、道路幅に応じた太さの線で描く。建物については、建物枠を、建物の高さに応じて、高さ方向に平行移動して柱状の立体を形成し、これを透視投影する。建物の表面には、予め用意された窓、壁などの典型的なテクスチャを貼付する。本実施例の簡易３次元地図は、所定距離よりも遠方では、さらに簡略化して表示しており、道路は線で描くとともに、建物は立体化せず建物枠の表示にとどめるようにしている。簡易３次元地図の表示態様は、表示負荷や見栄えを考慮して種々の態様をとることが可能である。
【００２８】
次に、ナビゲーション装置１０は、精細３次元地図を簡易３次元地図に合成するための合成条件を設定する（ステップＳ２２）。
ここで、一旦、図３から離れ、合成条件について説明する。
図４は、合成条件の設定方法を示す説明図である。左側の上半分は、精細モデル非整備エリア、即ち精細モデルが整備されていないエリアであり、下半分は、精細モデル整備エリア、即ち精細モデルが整備されているエリアである。精細モデル整備エリアのうち、精細モデル非整備エリアとの境界からの距離Ｌが、本発明の第１の所定値に相当する値であり、精細モデルの透過率の設定を切り替える基準となる距離である。この意味で、以下、距離Ｌをモード遷移基準と呼ぶ。
本実施例では、車両位置とその進行方向によって、合成条件が変化する。
まず、ケースＡは、即ち車両位置が精細モデル整備エリア内にあり、境界に向かって移動している状況である。車両位置から境界までの距離は、モード遷移基準Ｌよりも大きい。かかる状況では、右側の表に示す通り、精細モデルの描画を行うとともに、透過モードは「通常」に設定される。「通常」モードでは、精細３次元地図のうち、境界付近の所定の範囲（これを透過描画範囲という）にある地物を半透明で描画する。つまり、精細３次元地図は、視点に近い近景の部分では不透明で描かれ、遠景の部分では半透明で描かれることになる。透過描画範囲内で透過率は一様としてもよいし、境界に近いほど透過率を高めるなどの態様で変化させてもよい。
ケースＢは、即ち車両位置が精細モデル整備エリア内にあり、境界に向かって移動しており、車両位置から境界までの距離が、モード遷移基準Ｌよりも小さくなっている状態である。かかる状況では、右側の表に示すように、精細モデルの描画を行うとともに、透過モードは「遷移」に設定される。「遷移」モードでは、精細３次元地図全体が半透明に描画される。精細３次元地図の透過率は、車両位置が境界に近づくほど高くなる。「遷移」モードは、「通常」モードの透過率に加えて全体の透過率を高める処理を施すようにしてもよい。この場合は、透過描画範囲内の地物の透過率は、精細３次元地図内の他の範囲にある地物よりも高くなる。また、「遷移」モードは、「通常」モードに代えて適用するようにしてもよい。この場合は、透過描画範囲内外に関わらず精細３次元地図全体の透過率が一様に変化することになる。
車両位置が精細モデル整備エリア内にある限り、境界に接近してもケースＢと同様に扱われる。本来、精細３次元地図は精細モデル描画範囲、即ち視点から所定の距離内の範囲にある地物を対象として描画されるが、車両位置が境界に接近すると、その前方に位置する精細モデルが少なくなってくるため、精細モデル描画範囲内の一部についてしか精細３次元地図を描画することができなくなる。そこで、ケースＢでは、精細モデル非整備エリアとの境界から車両位置までの距離が、モード遷移基準Ｌよりも小さい第２の所定値に達したときには、精細３次元地図の透過率を高め、これを非表示となるようにしてもよい。このように設定される第２の所定値を非表示基準と称することもある。非表示基準はモード遷移基準Ｌよりも小さい範囲で任意に設定可能であり、値０としてもよい。この場合は、車両位置が境界に達したときに精細３次元地図は非表示とされる設定となる。
ケースＣは、即ち車両位置が精細モデル非整備エリア内にあり、境界から離れる方向に移動している状態である。かかる状況では、車両位置よりも前方には精細モデルが存在しないことになるから、右側の表に示すように、精細モデルは描画されない。
【００２９】
ケースＤは、即ち車両位置が精細モデル非整備エリア内にあり、境界に向かって移動している状態である。かかる状況では、車両位置の直前には、精細モデルが存在しないことになるから、右側の表に示すように、精細モデルは非表示とされる。
ケースＥは、車両位置が境界にあり、精細モデル整備エリア内に向かって移動している状態である。かかる状況では、車両の前方には精細モデル描画範囲内で精細３次元地図を描画できるほど十分に精細モデルが用意されていることになる。ただし、その直前までは、精細３次元地図は表示されていない状態であるから、ケースＥでは、右側の表に示すように、透過モードは「遷移」に設定される。つまり、精細３次元地図は描画されるものの、全体が半透明の状態となる。精細３次元地図の透過率は、境界から車両位置までの距離が遠いほど、透過率が下がるように設定することができる。車両位置から境界までの距離と、透過率との関係は、ケースＢと同じに設定してもよい。
ケースＦは、車両位置が精細モデル整備エリア内で、車両位置から境界までの距離が、モード遷移基準Ｌよりも大きい場合である。かかる場合には、右側の表示に示す通り、精細モデルの描画を行うとともに、透過モードは「通常」に設定される。「通常」であるから、精細３次元地図のうち、透過描画範囲内の地物は半透明で描かれる。
【００３０】
以上の設定をまとめると、精細３次元地図の描画および透過モードの設定は、次のようになる。
ケースＡ〜Ｃで表されるように、車両位置が精細モデル整備エリアから、境界に接近し、精細モデル非整備エリアに進入していくとき、精細３次元地図は透過モード「通常」で遠景においてのみ半透明で描かれていたのが、「遷移」モードに移行して全体が透過し始め、最後は非表示となる。
逆にケースＤ〜Ｆで表されるように、車両位置が精細モデル非整備エリアから、境界に接近し、精細モデル整備エリアに進入していくとき、精細３次元地図は、当初非表示であったのが、「遷移」モードに移行して全体が半透明で描かれるようになり、最後は、「通常」モード、即ち遠景においてのみ半透明で描かれる状態となる。  
【００３１】
再び図３に戻り、３次元地図表示処理について説明する。
ナビゲーション装置１０は、設定された合成条件に基づいて、精細３次元地図の描画が必要か否かを判断する（ステップＳ２３）。図４におけるケースＡ、Ｂ、Ｅ、Ｆのように、精細３次元地図の描画が必要と判断される場合には、精細モデルを透視投影して精細３次元地図を描画する（ステップＳ２４）。精細３次元地図の描画時には、既に詳細な精細モデルが用意されているため、簡易３次元地図の描画時のように、道路に幅を持たせたり、建物枠から建物形状を生成したりする必要はない。もっとも、建物等の一部について、精細モデルを省略し、簡易３次元地図と同様の方法によって形状を生成するようにすることも可能である。
精細３次元地図の描画時には、合成条件で設定された透過率が反映される。つまり、通常モードでは、精細モデル描画範囲の境界付近に設定された透過描画範囲内の建物については半透明で描画が行われる。また、遷移モードでは、精細３次元地図全体について、視点位置等に応じて設定された透過率で描画が行われる。遷移モードでは、精細３次元地図を描画した後、合成する際に透過するようにしてもよい。
図４におけるケースＣ、Ｄのように精細３次元地図の描画が不要の場合には、ステップＳ２４はスキップされる。もっとも、かかる場合でも精細３次元地図を描画し、透過率を非表示相当に設定するようにしても構わない。
【００３２】
ナビゲーション装置１０は、次に、簡易３次元地図と精細３次元地図とを画像合成し、３次元地図を表示する（ステップＳ２５）。精細３次元地図が描画されていないとき、即ちステップＳ２４がスキップされているときは、簡易３次元地図が全面に表示されることになる。
【００３３】
図５は、画像の合成方法を示す説明図である。本実施例では、簡易３次元地図と精細３次元地図を別々のレイヤに描画している。図５の上段には、簡易３次元地図のレイヤを示した。このレイヤには、表示領域全体に、視点から透視投影した簡易３次元地図が描画されている。上段左側に示した図中のハッチングは、簡易３次元地図が描画されている状態を示している。
中段には、精細３次元地図のレイヤを示した。このレイヤには、精細３次元地図が描画される。図中の視点から距離Ｚ１＋Ｚ２の範囲が、精細モデル描画範囲である。精細３次元地図は、この範囲内の地物を対象として描画される。図中において距離Ｚ２よりも遠方が破線で描かれているのは、描画対象となっていないことを表している。また、精細３次元地図が描画される境界から距離Ｚ２の透過描画範囲では、精細３次元地図は所定の透過率で描画される。中段左側の図中のハッチングの部分は、精細３次元地図が透過状態で描かれている部分を示している。精細３次元地図は、描画する範囲を視点から距離Ｚ１＋Ｚ２内に限定しているため、中央部分（ハッチングで示した内側の部分）は、何も描かれていない透明な状態となっている。
下段には、合成された画像を示した。図示する通り、精細３次元地図の中央の透明部分には、簡易３次元地図が表示される。また、精細３次元地図が透過状態で描画されている部分では、精細３次元地図と簡易３次元地図とが重畳した状態で表示される。さらに、その周囲の精細３次元地図が不透過状態で描画されている部分には、精細３次元地図が表示される。もっとも、遷移モードにおいて、精細３次元地図全体の透過率が高められているときは、上述の不透過の領域においても、精細３次元地図と簡易３次元地図とが重畳した状態で表示されることになる。
【００３４】
Ｄ．表示例および効果：
図６は、簡易３次元地図の表示例を示す説明図である。精細３次元地図が非表示となっており、表示領域全体に簡易３次元地図が表示されている状態を示した。本実施例では、先に説明した通り、簡易３次元地図の簡略化も２段階に変化させて描画している。視点から所定の距離までの近景では、図示するように道路ＲＤ１は線に幅を持たせて描かれ、建物ＢＬＤ１は建物枠を高さ方向に平行移動することで形状を生成し、表面には窓枠などの典型的なテクスチャを貼付している。一方、視点から所定の距離を越える遠景では、道路は線で描き、建物を立体的に表示するのは省略している。このように簡略化しても、地表面の３次元の起伏が簡易３次元地図の描画に反映される結果、遠方の山などの風景は忠実に描画されている。
【００３５】
近景と遠景は、３次元空間内での視点からの距離に基づいて区分されるのであり、単に描かれた地図において境界ＢＬ１よりも上方が遠景、下方が近景という２次元的な区分ではない。３次元空間内で区分することにより、近景に含まれる建物は、境界ＢＬ１付近であっても、上部が不自然に削除等されることなく描かれることになる。
【００３６】
図７は、精細３次元地図を重畳した３次元地図の表示例を示す説明図である。精細モデル描画範囲内で描かれた精細３次元地図は、図中の境界ＢＬ２よりも下の部分に表示され。境界ＢＬ２よりも上の部分が簡易３次元地図となる。ただし、精細モデル描画範囲は３次元空間における視点からの距離によって定義されており、描画後の精細３次元地図の境界ＢＬ２以下の部分がトリミングして表示される訳ではない。例えば、建物ＢＬＤ４は、境界ＢＬ２よりも下の部分ＢＬＤ４Ｌ（図中でハッチングを付した部分）と、上の部分ＢＬＤ４Ｕとからなるが、上の部分ＢＬＤ４Ｕも精細モデルを用いて描かれている。このように３次元空間内で精細モデル描画範囲を定義し、そこに存在する地物を描画することにより、建物ＢＬＤ４のように違和感のない表示を実現することができる。
精細３次元地図では、建物ＢＬＤ２のように、建物形状が精度良く表されるとともに、実際の外観を反映させたテクスチャが用いられるため、リアリティの高い３次元地図を表示することができる。もっとも、全ての建物についてリアリティの高い表示を行う訳ではなく、建物ＢＬＤ３のように、地図内で目印とならない程度のありふれた建物については簡易３次元地図と同様、簡易な形状、テクスチャで表示させてもよい。
精細３次元地図は、境界ＢＬ２の付近では、半透明に描かれている。
簡易３次元地図は、図６で説明したのと同様、境界ＢＬ１より近景では、道路幅を持たせて描かれており、境界ＢＬ１よりも遠景では道路は線で描かれる。
このように描かれた簡易３次元地図の前面に、精細３次元地図を重畳して表示することにより、比較的軽い描画負荷で、全表示領域を３次元地図で表すことができる。
【００３７】
図８は、精細モデルが整備されている地域から外れる際の遷移画面を示す説明図である。上の図には、車両位置が精細モデル整備エリアの境界に接近している状態の３次元地図を示した。境界ＢＬ２より近い部分が精細３次元地図、遠い部分が簡易３次元地図で描かれている。ただし、透過モードは、「遷移」モードに設定されており、精細３次元地図は全体が半透明に描かれている。例えば、建物ＢＬＤ５は、その背後にある川ＲＶが透けて見えている。
下の図には、車両位置が境界にさらに接近した状態を示した。道路ＲＤ３および川ＲＶの位置関係から、上の図に比べて車両位置の変化はわずかであり、本来は、建物ＢＬＤ５を精細３次元地図として描くことも可能な位置にあることが分かる。本実施例では、かかる状況であっても、精細モデル整備エリアの境界に近づき、精細モデル描画範囲をカバーできるだけの精細モデルが得られなくなったところで、精細３次元地図の透過率を十分に高め非表示となるようにする。従って、下の図の状態では、精細３次元地図は表示されず、簡易３次元地図のみが表示される。
本実施例では、精細３次元地図を透過表示しながら下の図に移行するため、違和感なく表示を変化させることができる。
【００３８】
図９は、精細モデルが整備されている地域に入る際の遷移画面を示す説明図である。上の図は、車両位置が精細モデル非整備エリアから精細モデル整備エリアに進入した直後の状態を示した。この状態では、簡易３次元地図に精細３次元地図が重畳して表示されており、透過状態は、遷移モードである。即ち、精細３次元地図は、全体が半透明で描画されている。例えば、建物ＢＬＤ６などを見れば、半透明であることが分かる。また、道路は白線ＷＬが描かれた精細３次元地図における道路と、白線が描かれていない簡易３次元地図における道路ＲＤ４とが重畳されており、白線ＷＬは半透明で表示されている。
下の図は、さらに精細モデル整備エリアに進入した状態を示した。建物ＢＬＤ６の配置を見れば、上の図からの移動はわずかであることが分かる。この状態では、透過状態は、通常モードとなっている。従って、境界ＢＬ２よりも手前の範囲では、精細３次元地図が不透明に描かれ、遠方の範囲では、簡易３次元地図が描かれている。道路ＲＤ４は、境界ＢＬ２よりも手前では白線も描かれ、遠方では白線が省略された形で描かれることになる。
図８で示したのと同様、精細３次元地図を透過表示しながら下の図に移行するため、違和感なく表示を変化させることができる。
【００３９】
以上で説明した通り、本実施例の３次元地図表示システムによれば、簡易３次元地図と精細３次元地図とを重畳して表示することにより、表示領域全体に３次元地図を比較的軽い負荷で表示させることが可能となる。
また、この際、精細モデル描画範囲の近傍では、精細３次元地図を半透明に表示することによって、簡易３次元地図と精細３次元地図とを違和感なく融合させることができる。
さらに、精細３次元モデル整備エリアの境界付近では、精細３次元地図全体を半透明に表示する遷移モードを設けることにより、簡易３次元地図と精細３次元地図を併用した表示と、簡易３次元地図のみによる表示との移行を違和感なく行うことができる。
【００４０】
本実施例においては、上述の種々の特徴点を全て備えている必要はなく、適宜、一部を省略したり組み合わせたりして構成することも可能であり、以下に示すように種々の変形例をとることもできる。
【００４１】
（１）画像の合成方法の変形例：
図１０は、変形例としての３次元地図表示処理のフローチャートである。実施例の図３に代わる処理である。
処理を開始すると、実施例と同様、ナビゲーション装置１０は、視点、視線方向を入力し（ステップＳ２０Ａ）、簡易モデルにより簡易３次元地図を描画する（ステップＳ２１Ａ）。また、精細３次元地図の合成条件を設定する（ステップＳ２２Ａ）。
そして、精細３次元地図を描画すると判断される場合には（ステップＳ２３Ａ）、デプスバッファをクリアし（ステップＳ２４Ａ）、その後、精細モデルにより精細３次元地図の描画を行う（ステップＳ２５Ａ）。デプスバッファとは、描画された簡易３次元地図の各点までの視点からの距離、即ち奥行きまたは深さを記憶するバッファである。３次元グラフィックスにおいては、このように各点の深さを記憶しておくことにより、３次元的な前後関係を判断することができ隠線処理を実現することができる。
しかし、変形例では、精細３次元地図を描画する前に、一旦、デプスバッファを初期化するのである。こうすることによって、描画済みの簡易３次元地図は単なる２次元の背景画像に過ぎなくなる。従って、その後、精細３次元地図を、直接簡易３次元地図上に描画すれば、精細３次元地図を前面に表示した３次元地図を完成させることができる。
図中に精細３次元地図の描画の様子を示した。左側には、デプスバッファをクリアした簡易３次元地図を示している。精細３次元地図のみを描くとすれば、右側に示したような画像となるが、変形例では、これを簡易３次元地図と別のレイヤに描画する必要はなく、直接、上書することができる。
かかる方法によっても、本実施例で示した３次元地図を表示することは可能である。
【００４２】
（２）その他の変形例：
実施例では、精細３次元モデル整備エリアと精細３次元モデル非整備エリアとがある例を示した。精細３次元モデルは全領域で整備されているものとしてもよい。かかる場合には、精細３次元モデル整備エリアの「境界」は存在しないから、透過モードは、常に「通常」モードを用いるものとしてもよい。
本実施例で説明した精細モデル描画範囲、透過描画範囲の広さや形状は、一定である必要はなく、地域等に応じて変化させてもよい。
実施例では、簡易モデル、精細モデルの２種類の地図データベースを併用する場合を例示したが、３種類以上の地図データベースを用いるものとしてもよい。
実施例においてハードウェア的に構成されている部分は、ソフトウェア的に構成することもでき、その逆も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、地物の正確性が異なる複数の地図モデルを併用して３次元地図を表示するために利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ナビゲーション装置
１１…位置検出部
１２…コマンド入力部
１３…地図表示パラメータ設定部
１４…経路探索部
１５…道路ネットワークデータベース
１６…簡易モデルデータベース
１７…精細モデルデータベース
２０…地図表示部
２１…画像合成部
２２…簡易３次元地図描画部
２３…精細３次元地図描画部
２４…合成条件設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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