JPH11161159A - ３次元地図表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】３次元地図を高速かつ高品質に表示する次元地
図表示装置を提供する。 【解決手段】表示画面に表示される地形ポリゴンの陰面
有無を予め判定する陰面有無判定手段と、地図データを
地形ポリゴン毎に分割する地図データ分割手段と、分割
されたデータを格納する地図データ記憶手段と、文字列
の描画順序及び表示位置を視点位置からの距離により描
画順序および描画位置を決定する文字列処理手段と、格
納された地図データ及び文字列を順次描画する描画手段
を備え、所定視点から地形面を俯瞰した３次元地図を表
示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元地形図に地
図を重ねディスプレイなどに表示する３次元地図表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地図表示装置ではＣＤ−ＲＯＭや
ＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたデジタル地図
データを読み出し、構造物や道路，地名等を座標変換す
ることで任意縮尺の平面図として描画し、ディスプレイ
等の表示装置に地図を表示していた。さらに特開平8−2
92720 号に記載されるように、平面地図を任意の高さの
視点位置から俯瞰し、該平面地図と視点との間に設けた
投影面に投影される俯瞰図を表示する疑似３次元表示も
ある。疑似３次元表示の特徴は、視点近傍の詳細地図情
報及び視点遠方の概略情報を同一画面上で把握できるこ
とである。さらに、これらの平面地図や疑似３次元表示
された地図に、等高線や等高に応じた色を描画すること
により地形の高低差を表現する方法もある。

【０００３】疑似３次元地図表示では２次元の地図デー
タをもとに全ての平面の高さが等しいと仮定し座標変換
し描画する。従って、山や谷の起伏といった立体的な形
状等を表現することは困難であった。さらに、平面地図
や疑似３次元地図に等高線や等高に応じた色を描画する
方法においても、表示される地図画面は実際の地形とは
かけ離れ、より実際的な俯瞰図を表示することは困難で
あった。

【０００４】この課題を解決する方法として、標高デー
タが記録された頂点座標を読み出し、各頂点を結ぶこと
により形成される地形メッシュを最小単位として３次元
モデルを作成し、そこに上記２次元的な地図データを重
ねることで３次元的な地形表示を得る３次元地図表示が
ある。３次元地図表示においては、俯瞰したい地点を含
むように視点位置を設定し、投影面、即ちディスプレイ
等の表示画面に３次元モデルで構成される地形形状や、
それに重なる地図を投影するように動作する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】３次元地図表示では、
設定された視点位置から３次元的な地形形状を俯瞰する
ように動作する。従って特に山間部においては視点位置
と反対側の山の斜面や、手前の山等で隠される地形面、
即ち陰面が発生し、その陰面を消去する陰面消去が必須
になる。

【０００６】陰面消去方法には、表示画面の各画素に対
し奥行き情報を持ち、各画素に対する描画の際に奥行き
情報を判定し、手前側であれば描画するＺバッファ法，
３次元地形図を構成する地形メッシュや地図データを奥
行き順に並び替え、視点遠方から手前方向に向かい順に
描画するＺソート法、及び３次元地形図を構成する地形
メッシュや地図データを視点遠方から手前方向に向かい
順に選択し描画するペインターアルゴリズムなどの方法
がある。

【０００７】ここで、Ｚバッファは各画素単位に奥行き
判定を実行するための比較器を備えた描画プロセッサ、
ないし奥行き判定しながら各画素を描画するレンダリン
グソフトが必要となる。従って、３次元地図表示におけ
る陰面消去が画素単位の描画に波及し、一般的に使用さ
れる２次元な平面を描画する描画プロセッサを用いて実
現することは困難である。そこで２次元平面を描画する
描画プロセッサにおいても実現可能なＺソート法、ない
しペインターアルゴリズムを陰面消去に使用するケース
に焦点を絞る。Ｚソート法、及びペインターアルゴリズ
ムを用い３次元地図表示を実施したとき、陰面消去にお
いて以下の課題が発生する。

【０００８】第１の課題は、地図データに含まれる道路
データや水系や緑地帯を表現する背景データは、標高デ
ータと独立に生成される。従って、地図データを構成す
る折れ線や面が地形メッシュと交わる場所において頂点
が存在するという保証はない。このため、地形メッシュ
及び地図データを視野遠方から順にソートないし選択
し、描画したとき循環的な重なりが発生し、陰面消去が
完全に実施できないという課題がある。

【０００９】第２の課題は、Ｚソート法において実施す
る地形データ及び地図データのソーティング、またはペ
インターアルゴリズムにおいて実施する地形データ及び
地図データを奥から順に選択する処理の処理負荷が大き
く、３次元地図表示を完了するまでの時間を増大させて
しまうという課題がある。さらに地形メッシュの大きさ
を固定にしてしまうと、視点高さを高くしたとき描画し
なければならない地形メッシュ数が増大し、処理負荷が
増加してしまうという課題がある。

【００１０】第３の課題は、名称等の文字列や記号，ア
イコンなどは、地図データにおいてそれらを描画する位
置を指定しているのみで、その文字列や記号，アイコン
を表示する面積について考慮していない。従って、上記
陰面消去処理を実行したとき、文字列や記号，アイコン
が正しく陰面消去されず、地形メッシュや地図データに
より隠されてしまうという課題がある。

【００１１】第４の課題は、３次元地図を表示したと
き、視点遠方の画面端や視点近傍において描画が完全に
されない領域が発生し、表示品質を劣化させるという課
題である。これは、疑似３次元地図表示では全ての平面
の標高が等しいとしてディスプレイに表示する地図領域
を演算すればよいが、３次元地図表示では標高値が与え
られるため、単純に表示領域を決定することは困難であ
るという点に起因する。本発明は上記事情に基づいてな
されたものであり、描画処理負荷を低減し、かつ３次元
地図の表示品質を向上することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、以下の手段を用いる。

【００１３】第１の課題を解決する手段として、地形メ
ッシュ単位で地図データを分割する手段を用いる。一方
で、地形メッシュ単位に地図データを分割する手段は、
完全な陰面消去を実施できるが処理負荷が重い。そこで
表示する３次元地図内に陰面が存在するか判定する手段
を用い、陰面が存在すると判定したときには地形メッシ
ュ単位に地図データを分割し、陰面が存在しないと判定
したときには地形メッシュ単位での地図データ分割をス
キップするように動作する。

【００１４】第２の課題を解決する手段として、地形メ
ッシュ毎に分割した地図データを描画する描画命令と分
岐命令をセットで格納する手段を用いる。さらに、広範
囲の領域を見渡せる視点高さや俯角の場合、地形メッシ
ュのサイズを変化させる手段を用いる。

【００１５】第３の課題を解決する手段として、文字列
が含まれる地形メッシュの視点近傍側に隣接する地形メ
ッシュを選択し、この選択された地形メッシュに重ねて
文字列を描画する手段を用いる。さらに、文字列が含ま
れる地形メッシュ位置により表示画面上で、画面の上方
向に文字列の描画位置を変更する手段を用いる。

【００１６】第４の課題を解決する手段として、全ての
地形の標高が等しいとしてディスプレイに表示する地図
領域を演算し、地図領域内の最低標高値と視点位置の標
高値の差により３次元地図表示に用いる地形メッシュを
拡大する手段を用いる。さらに、表示画面の画面下に地
形の描画されない領域があるか判定し、地形の描画され
ない領域があればその領域を視点位置標高に対する地形
色で塗り潰す手段を用いる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照し、３次元地図表
示装置をナビゲーション装置に適用した一実施例を説明
する。

【００１８】図１に本発明の３次元地図表示の表示例を
示す。地形及び道路，文字列などの地図データは、地形
面を構成する地形メッシュ２００１単位に分割し、地形
メッシュ及び分割された地図データを視点遠方から視点
近傍に向かい順に描画することで３次元地図を出力装置
２に表示する。

【００１９】図２にナビゲーション装置の構成を示す。
以下、ナビゲーション装置の各構成ユニットについて詳
細を説明する。

【００２０】演算処理部１は５〜８の各種センサから出
力されるセンサ情報Ｓ５〜Ｓ８を基に現在位置を検出
し、得られた現在位置情報から地図表示に必要な地図デ
ータを記憶手段３から読み込み、地図データをグラフィ
ックス展開し、地図を出力装置２へ表示したり、ユーザ
から指示された目的地と現在地を結ぶ最適な経路を選択
し、出力装置２上の地図に重ねて表示することでユーザ
を目的地に誘導するといった様々な処理を行う中心的な
ユニットである。

【００２１】出力装置２は、演算処理部１で生成された
グラフィックス情報を表示するユニットで、ＣＲＴや液
晶ディスプレイで構成される。また演算処理部１と出力
装置２の間の信号Ｓ１は、ＲＧＢ信号やＮＴＳＣ（Nati
onal Television SystemCommittee）信号で接続するの
が一般的である。

【００２２】記憶手段３は、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−Ｒ
ＯＭ，ＩＣカードといった大容量記憶媒体で構成され、
地図表示で必要とする地図データ，標高データなどを格
納する。

【００２３】入力装置４は、ユーザからの指示を受け付
けるユニットで、スクロールキー，縮尺変更キーなどの
ハードスイッチ，ジョイスティック，ディスプレイ上に
貼られたタッチパネルなどで構成される。

【００２４】ナビゲーション装置で位置を検出するため
に使用するセンサは、車輪の円周と計測される車輪の回
転数の積から距離を測定し、さらに対となる車輪の回転
数の差から移動体が曲がった角度を計測する車輪速セン
サ５，地球が保持している磁場を検知し移動体が向いて
いる方角を検出する地磁気センサ６，光ファイバジャイ
ロや振動ジャイロといった移動体が回転した角度を検出
するジャイロ７，ＧＰＳ衛星からの信号を受信し移動体
とＧＰＳ衛星間の距離と距離の変化率を３個以上の衛星
に対して測定することで移動体の現在位置，進行速度及
び進行方位を測定するＧＰＳ受信装置８で構成される。
さらに、ＧＰＳ受信装置８ではＧＰＳ衛星からの信号を
解析することで、時刻情報や日付情報を得ることができ
る。

【００２５】また、車両の様々な情報、例えばドアの開
閉情報，点灯しているライトの種類と状況，エンジンの
状況や故障診断結果などを受ける車内ＬＡＮ装置９を備
える。

【００２６】図３は演算処理部１のハードウェア構成に
ついて説明した図である。

【００２７】以下、各構成要素について説明する。演算
処理部１は、図中２１〜３１の各デバイス間をバスで接
続し構成する。各構成要素は、数値演算及び各デバイス
を制御するといった様々な処理を実行するＣＰＵ２１，
地図や検索データ，演算データを格納するＲＡＭ２２，
処理プログラムやデータを格納するＲＯＭ２３，高速に
メモリとメモリ間及びメモリと各デバイス間のデータ転
送を実行するＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ａ
ｃｃｅｓｓ）２４，ユニファイドメモリ２６に格納され
た描画命令や分岐命令を受け同ユニファイドメモリ内の
フレームメモリ空間に画素情報に高速に展開するグラフ
ィックス描画と表示制御を実行する描画プロセッサ２
５，描画結果や描画命令等を蓄えるユニファイドメモリ
２６，各色のパレットＩＤで構成されるイメージデータ
をＲＧＢの輝度情報信号に変換するカラーパレット２
７，アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
器２８，シリアル信号をバスに同期したパラレル信号に
変換するＳＣＩ２９，パラレル信号と同期をとりバス上
にのせるＰＩＯ３０，パルス信号を積分するカウンター
３１で構成される。図４は演算処理部１の機能構成につ
いて説明した図である。以下各構成要素について詳細を
説明する。

【００２８】現在位置演算手段４２は、車輪速センサ５
で計測される距離パルスデータＳ５、及びジャイロ７で
計測される角加速度データＳ７を各々積分した結果得ら
れる距離データ及び角度データを用い、そのデータを時
間軸で積分していくことにより、初期位置（Ｘ，Ｙ）か
ら移動体走行後の位置（Ｘ′，Ｙ′）を演算する処理を
行う。ここで、移動体の回転した角度と進む方位の関係
を一致させるため、地磁気センサ６から得られる方位デ
ータＳ６と、ジャイロ７から得られる角加速度データＳ
７を積分した角度データを１対１の関係にマッピング
し、移動体が進行している方向の絶対方位を補正する。
また上述したセンサから得られたデータを積分してゆく
とセンサの誤差が蓄積するため、ある時間周期でＧＰＳ
受信装置８から得られた位置データＳ８をもとに蓄積し
た誤差をキャンセルするという処理を施し現在位置情報
を出力する。

【００２９】上記現在位置情報にはセンサの誤差が含ま
れているため、さらに位置精度を高めることを目的に、
マップマッチ手段４３を行う。これは、記憶手段３から
現在地周辺の地図に含まれる道路データを地図データ読
込手段４４によって読み込み、現在位置演算手段４２か
ら得られた走行軌跡形状と道路形状を互いに照らし合わ
せ、形状の相関が最も高い道路に現在地を合わせ込むと
いう処理である。マップマッチ処理を施すことで現在地
は多くの場合走行道路と一致するようになり、精度よく
現在位置情報を出力することができる。

【００３０】ユーザ操作解析手段４１は、ユーザからの
要求を入力装置４で受け、その要求内容を解析し、対応
する処理を実行するよう各ユニットを制御する。

【００３１】地図表示手段４５は、記憶手段３から地図
データ読込手段４４が読み出す地図データと標高データ
を用い、視点位置から所定俯角かつ所定縮尺で地形を見
下ろした３次元地図を描画する描画データを転送するよ
うに動作する。なお視点位置は、地図上の現在位置また
は表示対象となる地点から視線方向と逆方向に所定距離
離れた位置に設定するとよい。

【００３２】メニュー表示手段４６は、ユーザインタフ
ェースとなるボタンやメニューリストなどを描画し、表
示処理手段４７に描画データを転送するように動作す
る。

【００３３】表示処理手段４７は、前記説明した地図表
示手段４５，メニュー表示手段４６からの描画データに
基づき、ユニファイドメモリ２６内のフレームメモリに
地図とメニュー画面を表現する線や面，イメージ，文字
を画素展開する。

【００３４】以下、３次元地図を表示するための描画デ
ータを生成する地図表示手段４５につき詳細を説明す
る。

【００３５】図５は地図表示手段４５の機能構成につい
て説明した図である。

【００３６】地図データ要求手段５０は、地図表示すべ
き領域に含まれる地図データ、即ち道路の属性とその形
状で構成される道路データ，建物や緑地帯，河川等を表
現するポリゴンの属性とその形状で構成される背景デー
タ，地名や施設名称等の文字記号コードとそれらが位置
する点の座標データで構成される文字記号データ、及び
地図表示すべき領域においてｘ軸，ｙ軸方向に所定間隔
で分割した頂点の標高値で構成される標高データを記憶
手段３から読み出す。

【００３７】地形メッシュ演算手段５１は、視点位置と
俯角より表示画面に表示する地図の可視領域を演算し、
その可視領域内に存在する標高データから地形面を表現
する矩形形状の地形メッシュを生成する。

【００３８】座標変換手段５２は、地図データ要求手段
５０で読み出した地図データ及び標高データを視線方向
がｙ軸に一致し、かつ視点位置が原点になるように座標
変換する。

【００３９】陰面有無判定手段５３は、地形メッシュ演
算手段５１で生成した地形メッシュを投影変換手段５７
で投影変換し、その投影変換した結果から陰面になる地
形メッシュが存在するか判定する。陰面となる地形メッ
シュが存在すれば地図データ分割手段５４へ、存在しな
ければ地図データ記憶手段５６に処理が遷移するように
動作する。

【００４０】地図データ分割手段５４は、地形メッシュ
単位に地図データに含まれる道路データ、及び背景デー
タを分割する。

【００４１】文字列処理手段５５は、名称等の文字列及
び記号を描画するタイミングと表示画面上での描画位置
の補正を実行する。

【００４２】地図データ記憶手段５６は、陰面有無判定
手段５３で陰面が存在すると判定された場合は分割され
た地図データを、陰面有無判定手段５３で陰面が存在し
ないと判定された場合は読み出した地図データを投影変
換し、描画命令と分岐命令を組にして格納する。

【００４３】投影変換手段５７は、図６に記載した視点
位置１００５から任意俯角で、視点位置１００５から規
定距離離れた位置に存在する投射面（表示画面）に前記
地図データを構成するベクトルデータやポイントデータ
及び地形メッシュを構成する頂点座標を投影変換する。

【００４４】描画手段５８は、任意位置の地形メッシュ
及び、その地形メッシュに重ねて描画する地図データを
選択し描画する。これら処理を視点遠方から視点近傍の
順に実施することで地形図及び地図の陰面消去を実現す
る。

【００４５】次に、図６を用いて座標変換手段５２の詳
細を説明する。

【００４６】座標変換手段５２は、地図データ要求手段
５０において読み出した地図データ及び標高データを、
図６に記載した視点位置１００５が原点（０，０）で視
線方向１００６がｙ座標軸に一致し、かつ地図データと
標高データの縮尺が一致するように座標変換する。ここ
で、視点位置は自車位置から視線方向と逆方向に所定距
離離れた地点で、かつ自車位置より所定高さだけ高い位
置に設定するとよい。さらに視線方向は、自車両の進行
方向に設定するとよい。これにより、地形メッシュ２０
０１と地図データが同一座標系となり、かつ各地形メッ
シュを構成する矩形がｘ軸及びｙ軸に平行になるため、
後述する地図データを地形ポリゴン毎に分割する地図デ
ータ分割手段５４を簡略化することができる。

【００４７】次に、図７と図８を用い地形メッシュ演算
手段５１の詳細を説明する。

【００４８】可視領域演算手段７０は、図７に記載した
視点位置１００５を原点とし、視線方向１００６を上
（ｙ軸）とする座標系で、自車位置又は表示対象となる
地点における標高と、表示対象の全て地点の標高が等し
いと仮定し、視点位置から視線方向に見下ろした場合
に、表示画面に投影される２次元地図の範囲（可視領
域）１００４を演算する。

【００４９】次に、地形メッシュサイズ演算７１では地
形面を構成する地形メッシュのサイズを決定するが、任
意視点高さから俯瞰した３次元地図を表示する装置にお
いて視点位置が高くなると可視領域１００４が広くな
る。これにより、地形メッシュサイズｄｘ，ｄｙを固定
とすると地形メッシュ数が２乗オーダーで増加し、処理
負荷が増す。そこで、視点高さと俯角により地形メッシ
ュサイズｄｘ，ｄｙを決定する処理を用いる。例えば、
基準となる視点高さと設定された視点高さとの比率を、
基準となる地形メッシュサイズｄｘ，ｄｙに乗算しメッ
シュサイズを決定するとよい。さらに、各視点高さに対
応する地形メッシュサイズｄｘ，ｄｙをテーブルとして
備え、このテーブルから任意視点高さに対応する地形メ
ッシュサイズｄｘ，ｄｙを決定してもよい。ここでは視
点高さをパラメータとする例を述べたが、俯角をパラメ
ータとして同様の処理を行い地形メッシュのサイズを決
定することもできる。また、視点高さと俯角の関係から
地形メッシュのサイズを決定してもよい。これにより、
描画する地形メッシュ数が著しく増加しないように制御
され、可視領域が拡大した場合の処理負荷を低減するこ
とができる。

【００５０】地形メッシュ生成７２は、地形メッシュサ
イズ演算７１で得られた地形メッシュサイズｄｘ，ｄｙ
毎に可視領域１００４を分割し、地形メッシュ２００１
を構成する各頂点２００２の座標値を演算する。本実施
例では地形メッシュ形状を矩形としているが、地形メッ
シュ形状を三角形としてもよい。

【００５１】最低標高抽出７３では、視点位置１００５
の標高が高く、かつ標高の低い地形領域を見下ろす場合
に発生する地形ポリゴン抜けを防ぐために実施され、標
高データにおける可視領域１００４内に含まれる標高値
のなかで最も低い標高値を抽出する。

【００５２】次に、可視領域補正７４は視点位置の標高
値と最低標高抽出７３で抽出された標高値の差分を演算
し、この差分値をパラメータとして図７に示すように視
線方向と垂直方向に左右に右追加地形メッシュ２００
３，左追加地形メッシュ2004を追加する。追加する地形
メッシュの演算方法には、前記差分値の所定高さ毎に追
加するメッシュの数を設定する方法がある。これは例え
ば差分値が１００ｍ単位で地形メッシュを左右に１メッ
シュずつ追加するという方法である。なお、視点位置標
高の変わりに現在位置標高を用いて処理を行ってもよ
い。

【００５３】上記処理により生成された地形メッシュの
各頂点２００２は２次元平面上の頂点であり、３次元地
図表示を行うためには各頂点における標高値を得る必要
がある。そこで、標高値演算７５では地図データ要求手
段５０により読み出した標高データから、地形メッシュ
を構成する頂点の標高値を演算する。ここで、標高デー
タに記録された頂点座標と地形メッシュを構成する頂点
座標は一致しない。そこで、例えば図６のように頂点２
００２を取り囲む頂点２０４０，２０４１，２０４２，
２０４３の標高データを読み出し、頂点２００２の標高
値を演算する。ここで、標高２０４０の座標を（ｘ１，
ｙ１，ｚ１）、標高２０４１の座標を(ｘ２，ｙ１，ｚ
２)、標高２０４２の座標を(ｘ２，ｙ２，ｚ３)、標高
２０４３の座標を（ｘ１，ｙ２，ｚ４）とすると、頂点
２００２の座標を（ｘｐ，ｙｐ）に対する標高値ｚｐは
数１，数２，数３を演算することで得られる。

【００５４】

【数１】 Ｚａ＝(ｙｐ−ｙ１)×(Ｚ４−Ｚ１)／(ｙ２−ｙ１)＋Ｚ１ …（数１）

【００５５】

【数２】 Ｚｂ＝(ｙｐ−ｙ２)×(Ｚ３−Ｚ２)／(ｙ２−ｙ１)＋Ｚ２ …（数２）

【００５６】

【数３】 Ｚｐ＝(ｘｐ−ｘ１)×(Ｚｂ−Ｚａ)／(ｘ２−ｘ１)＋Ｚａ …（数３） 次に、図９を用いて陰面有無判定手段５３の詳細を説明
する。

【００５７】表示する地図に陰面となる地形が存在しな
い場合、地図データを地形メッシュ単位に分割する処理
を省略し、全ての地形面を描画した後、地図データを地
形上に重ねて描画しても３次元地図が陰面により隠され
るないしは、陰面が表示されるという現象は発生しな
い。また３次元地図表示において、山間部では陰面とな
る地形メッシュが発生するが、平野部では陰面となる地
形メッシュの発生する確率は極端に低下するという特性
を有する。さらに、大都市などの地図データ量が多い地
域は平野部に集中するという特性がある。

【００５８】そこで、陰面有無判定手段５３では、投影
変換手段５７により可視領域内の地形メッシュを構成す
る全ての頂点を投影変換し、ある頂点２０１０と視点遠
方側に隣接する頂点２０１１の投影面上でのｙ軸（投影
面上方向）座標の大小関係を比較する。この比較結果が
図９における陰面メッシュ例ｂ）に示すように、投影面
上で頂点２０１０より視点遠方側の頂点２０１１のｙ座
標が小さければ、その２頂点を含む地形メッシュは陰面
であると判断する。その判定結果を基に、陰面となる地
形メッシュが１つでも存在すれば地図データ分割手段５
４へ、存在しなければ地図データ記憶手段５６に処理が
遷移する。

【００５９】これにより、陰面となる地形メッシュが存
在する場合のみ地図データを地形メッシュ単位に分割す
るため、平野部での地図データ分割処理に要する処理負
荷を低減することができる。

【００６０】次に、図１０を用い地図データ分割手段５
４の詳細を説明する。

【００６１】地図データ取得手段８０は、地図フォーマ
ットに従い同一属性で連続する折れ線及び面データを構
成する頂点データを取得する。地形メッシュ位置演算手
段８１では、この取得した頂点データのｙ座標（視線方
向）の最大値と最小値を抽出し、この２つのｙ座標を含
むカラム位置（ｙ軸方向の地形メッシュ位置）を演算す
る。この処理は、既に地形メッシュ及び地図データを、
視線方向をｙ軸方向とする座標系に変換されているた
め、地形メッシュサイズでｙ座標を割れば容易に求ま
る。

【００６２】カラム判定手段８２では、頂点データの最
大値に対するカラム位置と、最小値に対するカラム位置
が同一カラム位置か判定する。２つのカラム位置が同一
である場合は、複数のカラム領域に頂点データがまたが
らないため、領域分割する必要はないが、２つのカラム
位置が異なる場合、頂点データが存在するカラム毎にデ
ータを分割する必要がある。そのため補間点生成手段８
３により、頂点データと各カラムの境界との交点を演算
し補間点を生成する。例えば、折れ線３００１の場合、
ｙ座標の最大値はカラム４，最小値はカラム２に含まれ
る。そのため、折れ線３００１はカラム２，カラム３，
カラム４に含まれる頂点データ毎に分割する。よって、
各カラムの境界と折れ線３００１の交点を演算すること
で３つの頂点データＡ，Ｂ，Ｃに分割する。また面デー
タ３００３の場合、ｙ座標の最大値はカラム３，最小値
はカラム１に含まれる。そのため、面データ３００３は
カラム１，カラム２，カラム３に含まれる領域毎に分割
する。よって、各カラムの境界と面データ３００３の交
点を演算し、３つの面データＥ，Ｆ，Ｇをそれぞれ構成
する頂点データに分割する。このように、全ての地図デ
ータをカラム毎に分割された頂点データに変換する。よ
って、地形メッシュと地形データの管理領域が同一とな
るため、循環的な重なりが発生することがなく、高品質
な３次元地図を表示することができる。

【００６３】次に、図１１，図１２を用い文字列処理手
段５５を説明する。

【００６４】図１１に文字列の表示例を示す。文字列や
記号の位置を実際の地形に忠実に表現するため、文字
列，記号の一部が手前側物体で隠される場合は、物体と
の重なり部分のみ陰面消去する。そのため、文字列の陰
面消去も、道路等のベクトルデータと同様に陰面消去処
理を実施する。しかし、ベクトルデータと違い文字列表
示では矩形領域を占有するため、文字列の存在する地形
メッシュと文字列の矩形領域が一致しないため、文字列
４００１が地形メッシュ４００２によって隠されてしま
う。このような重なりで不当に消去される文字列を防ぐ
ため、文字列処理手段５５では文字列，記号の描画タイ
ミングの変更及び表示画面での文字列，記号の描画位置
補正を行う。

【００６５】以下に図１２を用い文字列処理手段５５の
詳細処理を説明する。

【００６６】文字列データ取得９１は、地図データに記
録された文字列の描画座標位置，文字数及び文字コー
ド、ないし記号の描画座標位置，記号コード及びシンボ
ルイメージを読み出す。さらに描画座標位置における標
高値を標高データから演算する。

【００６７】重なり判定９２は、全ての文字列，記号の
描画位置座標を投影変換し、文字列の表示画面上で占め
る矩形領域位置及びサイズを文字数と文字コードより演
算する。次に、全ての文字列，記号を表示対象と見なし
視点位置からの距離が近い順にソートする。さらに視点
位置近傍の文字列，記号を表示優先とし、表示優先文字
列，記号の矩形領域と重なりのある文字列，記号を表示
対象の文字列，記号から削除する。これにより表示画面
で文字列，記号の重なりが削減され、視認性が向上す
る。

【００６８】文字列位置判定９３は、重なり判定９２に
より表示対象となった文字列，記号の描画位置座標のｙ
座標（視線方向）を抽出し、このｙ座標が含まれるカラ
ム位置（ｙ軸方向の地形メッシュ位置）を演算する。

【００６９】文字列位置補正９４は、文字列位置判定９
３で得られた各文字列や記号に対するカラム位置から、
視点位置近傍に隣接するカラム位置を求める。このカラ
ム位置情報を用い、文字列，記号を描画するタイミング
を決定する。例えば、図１１において文字列４００１は
カラム３に含まれるが、カラム２に含まれる文字列と補
正する（描画位置を補正しない点に注意）。これによ
り、カラム２における地形メッシュを描画した後、カラ
ム２に含まれる地図データを描画すると同時に文字列４
００１を描画するように動作する。これにより、文字列
や記号が視点手前側の地形メッシュで隠される可能性が
小さくなり、陰面消去が正常に行われるようになる。

【００７０】文字列描画位置補正９５は、文字列，記号
の含まれるカラム位置により、表示画面上での描画オフ
セット４０１２を演算し、得られた描画オフセット分だ
け表示画面の上方向に文字列や記号をシフトし描画す
る。これは、視野遠方の地形メッシュにおいて地形メッ
シュの高さが文字列や記号の高さより小さくなり、文字
列位置補正９４を用いても陰面消去が完全になされない
という課題を解決するために実行される。描画オフセッ
ト量の演算方法は、例えば視点位置に最も近いカラムか
ら文字列，記号の描画位置座標を含むカラムまでのカラ
ム数をカウントし、このカラム数を描画オフセット４０
１２とするとよい。ここで、文字列や記号の高さを規定
値とすると、描画オフセット４０１２が規定値より小さ
ければ規定値を描画オフセット４０１２として文字描画
位置に加算し、描画オフセット4012が規定値より大きけ
れば規定値を描画オフセット４０１２として文字や記号
の描画位置に加算するとよい。このような処理を実施す
ることにより、視点手前側の地形メッシュにより文字
列，記号の一部又は全部が隠される可能性を最小限に止
めることが可能になる。これにより、不当に文字列，記
号が地形メッシュに隠れることを防ぎ、文字列，記号の
表示品質を向上することができる。

【００７１】次に、各カラム単位に分割した地図データ
を記憶する地図データ記憶手段５６につき詳細を説明す
る。なお、陰面有無判定手段５３で陰面が存在しないと
判定されたときは、全てのデータが同一カラムに存在す
るものとして処理を行う。

【００７２】地図データ記憶手段５６において地図デー
タをメモリに記憶するフォーマットの一実施例を図１３
に示す。この実施例では、各カラム毎に分割された地図
データを投影変換した結果得られる頂点座標列と頂点数
等で構成される描画命令と分岐命令を組で格納する地図
データ記憶メモリ１０１と、各カラムに対する描画デー
タの格納位置を開始アドレスと終了アドレスで管理する
管理テーブル１００で構成する。

【００７３】図１４を用い地図データ記憶手段５６の詳
細を説明する。

【００７４】初期化１１０は、管理テーブル１００の開
始アドレス及び終了アドレスを所定アドレスに初期化す
る。例えばここで設定する初期値はＮＵＬＬ値等にする
とよい。

【００７５】分割地図データ取得１１１は、地形メッシ
ュ又はカラム毎に分割されたベクトルデータとカラム位
置，頂点データの各頂点に対応する標高値を取得する。

【００７６】格納データ判定１１２は、分割地図データ
取得１１１で取得した地図データのカラム位置から同カ
ラムの管理テーブル１００を参照し、開始アドレスが初
期値か判定する。開始アドレスが初期値の場合は開始ア
ドレス設定１１３に、開始アドレスに初期値以外のアド
レスが設定されている場合は分岐アドレス修正１１４に
分岐する。

【００７７】開始アドレス設定１１３は、地図データ記
憶メモリ１０１にこれから記憶すべき描画命令が格納さ
れるアドレスを管理テーブル１００の格納開始アドレス
に設定する。例えば、地図データ記憶メモリ１０１のア
ドレス１に描画命令１(6001)をこれから記憶する場合
は、この描画命令において描画するカラム４の開始アド
レスにアドレス１を記憶する。

【００７８】分岐アドレス修正１１４は、管理テーブル
１００に格納されている最終アドレスをもとに、同一カ
ラムで前回格納した描画命令と組の分岐命令のアドレス
を、これから記憶すべき描画命令の格納先頭アドレスに
変更する。例えば、地図データ記憶メモリのアドレス７
に描画命令４（６００７）をこれから記憶する場合は、
この描画命令において描画するカラム４の最終アドレ
ス、即ちアドレス２を管理テーブル１００から読み出
し、描画データ記憶メモリ内のアドレス２の分岐命令１
（６００２）のアドレスにアドレス７を記憶する。

【００７９】投影変換１１５は、投影変換手段５７を呼
び出すことで、与えられたベクトルデータを投影変換
し、表示画面上の頂点座標列に変換する。

【００８０】命令バッファ書込み１１６は、頂点データ
を投影変換した頂点座標列と頂点数等で構成される描画
命令と分岐命令を組で順に、格納済の最終分岐命令の次
の地図データ記憶メモリ１０１に格納する。例えば、既
に分岐命令３（６００６）まで格納済で、これから描画
命令４（６００７）を格納する場合は、アドレス７に描
画命令４（６００７）を、アドレス８に分岐命令（６０
０８）を格納する。

【００８１】終了アドレス設定１１７は、命令バッファ
書込み１１６で書き込んだ描画命令に対応するカラム位
置の管理テーブル１００の終了アドレスを、地図データ
記憶メモリ１０１に格納した分岐命令を格納したアドレ
スに更新する。例えば、描画命令４（６００７）を格納
した場合は、管理テーブル１００内のカラム４に対応す
る最終アドレスをアドレス８に修正する（図１３におい
ては、この修正がなされる前の値を示す）。

【００８２】終了判定１１８では全地図データを格納終
了か判定し、全データ格納終了となるまで初期化１１０
を除く上記処理を繰り返し行う。

【００８３】このような格納方法を用いれば、任意カラ
ムに対応する地図データを、視点奥から手前の順に簡単
に参照することができ、高速に任意カラムに対応する地
図データを選択することができる。また、描画コマンド
を解釈して線や面等を描画することのできる描画プロセ
ッサを持つナビゲーション装置であれば、この描画命令
及び分岐命令を描画コマンドで構成することで、地図デ
ータ記憶メモリ１０１と描画コマンド格納バファを一つ
のメモリ領域とすることができ、使用するメモリ領域を
削減することができる。

【００８４】次に図１４及び図１５を用い、描画手段５
８の詳細を説明する。

【００８５】陰面処理描画１３０は、まず視点最遠方に
位置するカラムを選択し、選択したカラムに対応する地
形メッシュを投影変換手段５７を呼び出し投影変換して
描画する。次に管理テーブル１００を参照し、選択した
カラムに対応する開始アドレスを読み出し、かつ選択し
たカラムを描画することで、地形メッシュに地図が重な
り表示される。さらに、選択したカラムに対応する文字
列及び記号を選択し、描画することで地形メッシュ及び
地図に重ねて文字列及び記号が表示される。これらの処
理を視点遠方のカラムから視点近傍のカラムの順に繰り
返し実施する。これにより陰面消去が実現される。

【００８６】なお、地形起伏により視点位置近傍に位置
する地形メッシュの標高値が高い場合等は図１５のよう
に画面下に地形ポリゴン抜け５０００が発生するという
課題がある。この課題を解決するため、表示地形判定１
３１は図１５に示した可視領域１００４内の最近傍地形
メッシュ列５００１を構成する頂点群を選択し、さらに
視点に近い最近傍頂点列５００２を抽出して投影変換
し、投影変換した最近傍頂点列５００２が表示画面下境
界５００３より上側に存在するか判定する。最近傍頂点
列５００２が表示画面下境界５００３より上側に存在す
ると判定されたときは表示地形補正１３２に、存在しな
いと判定された場合は処理終了にそれぞれ分岐する。

【００８７】表示地形補正１３２は、投影変換した最近
傍頂点列５００２と、表示画面下境界５００３で囲まれ
る領域を視点位置標高に応じた地形色で塗りつぶす命令
を発行し、描画を実行する。これにより画面下に発生す
る地形ポリゴン抜けが発生しないようになるため、表示
品質を改善することができる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の３次元地
図表示装置では上記手段を適用することで、地形図に重
ねて表示する地図データ、即ち道路データ，背景デー
タ，文字・記号データ等の陰面消去を特殊なハードウェ
アなしに、完全かつ高速に処理できるようになる。さら
に地形面のポリゴン抜けがなくなるように動作するた
め、表示品質を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における３次元地図表示例を表した図。

【図２】ナビゲーション装置の各構成ユニットを表した
図。

【図３】演算処理部のハードウエア構成を表した図。

【図４】演算処理部の機能構成を表した図。

【図５】地図表示手段の機能構成を表した図。

【図６】座標変換手段を説明するための図。

【図７】地形メッシュ演算手段を説明するための図。

【図８】地形メッシュ演算手段を説明するためのフロー
図。

【図９】陰面有無判定手段を説明するための図。

【図１０】地図データ分割手段を説明するための図。

【図１１】文字列データの表示例を表した図。

【図１２】文字列処理手段を説明するためのフロー図。

【図１３】地図データ記憶手段のメモリ構成例を表した
図。

【図１４】地図データ記憶手段を説明するためのフロー
図。

【図１５】描画手段５８を説明するためのフロー図。

【図１６】描画手段５８を説明するための図。

【符号の説明】

１…演算処理部、２…出力装置、３…記憶手段、４…入
力装置、５…車輪速センサ、６…地磁気センサ、７…ジ
ャイロ、８…ＧＰＳ受信装置、９…車内ＬＡＮ装置、２
１…ＣＰＵ、２２…ＲＡＭ、２３…ＲＯＭ、２４…ＤＭ
Ａ、２５…描画プロセッサ、２６…ユニファイドメモ
リ、２７…カラーパレット、２８…Ａ／Ｄ変換器、２９
…ＳＣＩ、３０…ＰＩＯ、３１…カウンター、４１…ユ
ーザ操作解析手段、４２…現在位置演算手段、４３…マ
ップマッチ手段、４４…地図データ読込手段、４５…地
図表示手段、４６…メニュー表示手段、４７…表示処理
手段、５０…地図データ要求手段、５１…地形メッシュ
演算手段、５２…座標変換手段、５３…陰面有無判定手
段、５４…地図データ分割手段、５５…文字列処理手
段、５６…地図データ記憶手段、５７…投影変換手段、
５８…描画手段、７０…可視領域演算手段、７１…地形
メッシュサイズ演算、７２…地形メッシュ生成、７３…
最低標高抽出、７４…可視領域補正、７５…標高値演
算、８０…地図データ取得手段、８１…地形メッシュ位
置演算手段、８２…カラム判定手段、８３…補間点生成
手段、９１…文字列データ取得、９２…重なり判定、９
３…文字列位置判定、９４…文字列位置補正、９５…文
字列描画位置補正、１００…管理テーブル、１０１…地
図データ記憶メモリ、１１０…初期化、１１１…分割地
図データ取得、１１２…格納データ判定、１１３…開始
アドレス設定、１１４…分岐アドレス修正、１１５…投
影変換、１１６…命令バッファ書込み、１１７…終了ア
ドレス設定、１１８…終了判定、１３０…陰面処理描
画、１３１…表示地形判定、１３２…表示地形補正。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】標高データと地図データを備え、所定視点
   から俯瞰する３次元地形図を標高データから生成し、３
   次元地形図に地図データを重ねて表示する３次元地図表
   示装置において、 標高データの各頂点から地形面を構成する地形メッシュ
   を演算する地形メッシュ演算手段と、 各々の地形メッシュに一致するよう地図データを分割す
   る地図データ分割手段と、 地形メッシュに重ねて分割された地図データを描画する
   描画手段とを備えることを特徴とする３次元地図表示装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 表示範囲内において陰面が存在するか判定する陰面有無
   判定手段と、 陰面の有無に応じて地図データの保持方法を変更する地
   図データ記憶手段とを備えることを特徴とする３次元地
   図表示装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 陰面有無判定手段で陰面が存在すると判定されたとき、
   地図データ分割手段で分割した地図データを地図データ
   記憶手段に蓄えることを特徴とする３次元地図表示装
   置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 表示範囲内において陰面が存在するか判定する陰面有無
   判定手段と、 陰面有無判定手段で陰面が存在すると判定されたとき、
   地図データ分割手段で地図データを地形メッシュ単位に
   分割することを特徴とする３次元地図表示装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 視点高さにより地形メッシュのサイズを決定する地形メ
   ッシュサイズ演算手段を持つことを特徴とする３次元地
   図表示装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 視点から地図を見下ろす俯角により地形メッシュのサイ
   ズを決定する地形メッシュサイズ演算手段を備えること
   を特徴とする３次元地図表示装置。
7. 【請求項７】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 視点高さと俯角をパラメータとし地形メッシュのサイズ
   を決定する地形メッシュサイズ演算手段を備えることを
   特徴とする３次元地図表示装置。
8. 【請求項８】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 地形面を所定標高値の平面と仮定し、この仮定した仮想
   地形面に対し任意視点位置から俯瞰したとき、投影面に
   投影される該仮想地形面の可視領域を演算する可視領域
   演算手段と、 可視領域演算手段によって演算した該可視領域内に含ま
   れる実際の地形面の標高データにおいて最も低い標高値
   を求める最低標高抽出手段と、 最低標高値と所定標高値との差から可視領域を拡大する
   可視領域補正手段を持つことを特徴とする３次元地図表
   示装置。
9. 【請求項９】請求項１に記載の３次元地図表示装置にお
   いて、 視点位置に最も近い地形メッシュ列における視点近傍側
   頂点列を投影面に投影変換したとき、該視点近傍側頂点
   列が投影面内の表示画面領域内に存在するか判定する表
   示地形判定手段と、 該視点近傍側頂点列が表示画面領域内に存在するとき該
   視点近傍側頂点列より表示画面下方向の領域を視点位置
   標高に対応する地形色で描画する表示地形補正手段を備
   えることを特徴とする３次元地図表示装置。
10. 【請求項１０】標高データと地図データを備え、所定視
    点から俯瞰する３次元地形図を標高データから生成し、
    ３次元地形図に地図データを重ねて表示する３次元地図
    表示装置において、 標高データの各頂点から地形面を構成する地形メッシュ
    を演算する地形メッシュ演算手段と、 ３次元地形図に重ねて表示する地図データにおける文字
    列がどの地形メッシュに含まれるか判定する文字列位置
    判定手段と、 描画すべき地形メッシュより視点遠方側に所定距離離れ
    た地形メッシュに含まれる文字列を選択し、描画すべき
    地形メッシュに選択した文字列を重ねて描画する文字列
    位置補正手段とを備えることを特徴とする３次元地図表
    示装置。
11. 【請求項１１】標高データと地図データを備え、所定視
    点から俯瞰する３次元地形図を標高データから生成し、
    ３次元地形図に地図データを重ねて表示する３次元地図
    表示装置において、 標高データの各頂点から地形面を構成する地形メッシュ
    を演算する地形メッシュ演算手段と、 ３次元地形図に重ねて表示する地図データにおける文字
    列がどの地形メッシュに含まれるか判定する文字列位置
    判定手段と、 文字列が含まれる地形メッシュより視点近傍側に所定距
    離離れた地形メッシュを選択し、選択された地形メッシ
    ュに重ねて文字列を描画する文字列位置補正手段とを備
    えることを特徴とする３次元地図表示装置。
12. 【請求項１２】標高データと地図データを備え、所定視
    点から俯瞰する３次元地形図を標高データから生成し、
    ３次元地形図に地図データを重ねて表示する３次元地図
    表示装置において、 標高データの各頂点から地形面を構成する地形メッシュ
    を演算する地形メッシュ演算手段と、 ３次元地形図に重ねて表示する文字列の描画位置を演算
    する文字列位置演算手段と、 文字列の描画位置を所定距離移動する文字列描画位置補
    正手段を備えることを特徴とする３次元地図表示装置。
13. 【請求項１３】請求項１２に記載の３次元地図表示装置
    において、 文字列描画位置補正手段は文字列位置を視点より遠方に
    移動することを特徴とする３次元地図表示装置。
14. 【請求項１４】請求項１２に記載の３次元地図表示装置
    において、 文字列描画位置補正手段は文字列位置を表示画面上で画
    面上の方向に文字列を移動することを特徴とする３次元
    地図表示装置。
15. 【請求項１５】請求項１４に記載の３次元地図表示装置
    において、 文字列描画位置補正手段は視点から文字列までの距離に
    応じ文字列の移動量を演算することを特徴とする３次元
    地図表示装置。
16. 【請求項１６】請求項１に記載の３次元地図表示装置に
    おいて、 描画命令を蓄える命令バッファと命令バッファを解釈し
    描画を実行する描画プロセッサを備え、 分割された地図データを描画する描画命令と分岐命令を
    組で命令バッファに蓄える命令バッファ書込手段と、 分岐命令の分岐先を変更する分岐アドレス修正手段とを
    備えたことを特徴とする３次元地図表示装置。
17. 【請求項１７】請求項１６に記載の３次元地形表示装置
    において、 分岐アドレス修正手段で設定する分岐先は、同組の描画
    命令が描画する地形メッシュに一致する地図データの描
    画命令であることを特徴とする３次元地図表示装置。