專利名稱：一種三維道路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模型化的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的二維地圖是采用點(diǎn)和線結(jié)合的方法來描繪客觀世界，這 中方法雖然能快速及時(shí)地提供用戶基本需求，但是它反映的是一個(gè)平面的信息，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，而不具有岔口的路面是道路最基本的、重要的組成部分?，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maya、3dmax等3D建模軟件人工手動(dòng)地建立 道路的網(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，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的模型化方法，所述 方法包括以下步驟A)獲取二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)；B)根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù) 獲取與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)；C)根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確 定三維道路的路面區(qū)域；以及D)對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道路模型。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模型化裝置，所述裝 置包括數(shù)據(jù)單元，所述數(shù)據(jù)單元獲得二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)；確定單元，根據(jù)道路寬度和所述 二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)，并根據(jù)所述道 路邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域；以及網(wǎng)格化單元，所述網(wǎng)格化單元對(duì)所述三維道 路的路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道路模型。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)施例的三維道路的模型化方法步驟流程圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的二維道路示意圖；圖4(a)為本發(fā)明具體實(shí)施例的一種獲取道路邊緣特征點(diǎn)的處理示意圖；圖4(b)為本發(fā)明具體實(shí)施例的另一種一種獲取道路邊緣特征點(diǎn)的處理示意圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的三維道路的路面區(qū)域模型示意圖；圖6為圖4(a)所示本發(fā)明具體實(shí)施例的三維模型化中后道路邊緣特征點(diǎn)坐標(biāo)計(jì) 算示意圖；圖7為圖4(b)所示本發(fā)明具體實(shí)施例的三維模型化中后道路邊緣特征點(diǎn)坐標(biāo)計(jì) 算示意圖；圖8(a)和圖8(b)為本發(fā)明具體實(shí)施例的三維道路路面區(qū)域三角網(wǎng)格化示意圖；圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例的三維道路紋理鋪裝后的效果示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)密集時(shí)，一種修正二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù) 密集的處理示意圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)稀疏密集時(shí)，一種修正二維道路坐標(biāo) 數(shù)據(jù)稀疏的過程示意圖；圖12為圖11所示修正二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)稀疏后的效果示意圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施例的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)不合格時(shí)，三維道路模型畸形的示意 圖；圖14為相應(yīng)于圖13的本發(fā)明實(shí)施例的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)合格時(shí)，三維道路模型 正常的示意具體實(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數(shù)據(jù)單元12、確定單元14以及網(wǎng)格化單元 16。數(shù)據(jù)單元12獲得二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)。二維道路一般用點(diǎn)和線段來表示，二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中至少包括道路的起點(diǎn)和終 點(diǎn)的坐標(biāo)信息，除此以外，二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)還可以包括道路的一些其他關(guān)鍵位置，例如道 路交叉點(diǎn)、道路的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等的坐標(biāo)信息等。如圖3所示，表示的二維道路中，曲線AB⑶E表示一條道路，曲線FDG表示另一條 道路，兩條道路相交于中心一點(diǎn)D，本發(fā)明所涉及的三維道路建模是指單獨(dú)建立道路AB⑶E 或者道路FDG的三維道路模型，不涉及上述兩條道路交叉點(diǎn)模型的建立。 二維道路坐標(biāo)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)商購買等。確定單元14根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得與所述二維道路坐標(biāo)數(shù) 據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)，并根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域。網(wǎng)格 化單元16則對(duì)所述三維道路的路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道路模型。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)對(duì)上述三維道路模型進(jìn)行紋理鋪裝，給三維網(wǎng) 格道路模型貼上相應(yīng)的紋理就形成了簡(jiǎn)單的具有較好視覺效果的道路。道路屬性數(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)。紋理鋪裝單元 18主要利用例如公路等級(jí)、車道數(shù)等道路屬性數(shù)據(jù)對(duì)上述三維道路模型進(jìn)行紋理鋪裝本發(fā)明的模型化裝置將上述處理后的三維道路模型輸入到顯示單元22中，利用 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。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 路模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)存儲(chǔ)。由道路邊緣特征點(diǎn)和二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)構(gòu)成的網(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)是模型中所有網(wǎng)格順序組織 起來的數(shù)據(jù)塊。另外，本發(fā)明還提供了一種三維道路模型化方法，該方法的具體實(shí)施例如圖2所
7J\ ο首先，獲得二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)(步驟102)。然后，根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐 標(biāo)數(shù)據(jù)獲取與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)(步驟104)。根據(jù)所述道路 邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域的步驟(步驟106)。最后，對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格 化，從而獲得三維道路模型(步驟108)。如上文所述，二維道路坐標(biāo)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)商購買等。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了 一種二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲得方法。對(duì)二維道路坐標(biāo)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)記錄所處位置點(diǎn)的坐標(biāo)信息和此點(diǎn)距上一點(diǎn)的距離d，然后，進(jìn)行道路數(shù) 據(jù)的下一點(diǎn)采集。本發(fā)明的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得方法還可在上述步驟的基礎(chǔ)上加入距離 確定的步驟，即若道路方向有偏轉(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)記錄所處位置點(diǎn)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。此外，對(duì)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的采集還可以是指從道路的起點(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。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)(即位置點(diǎn))，然后連成線，可以將實(shí)際的道路抽 象化模型化成虛擬的二維道路。下面，將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的三維道路模型化方法和裝置做出詳細(xì)描述。如圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例三維道路的路面區(qū)域模型示意圖，該三維道路的路面 區(qū)域是通過依次連接道路中心線同一側(cè)的道路邊緣特征點(diǎn)形成。具體地，如圖5所示依次 連接位于道路中心線AB⑶E —側(cè)的al、bl、cl、dl、el以及道路中心線AB⑶E另一側(cè)的a2、 b2、c2、d2、e2形成道路AB⑶E的三維道路的路面區(qū)域。下面詳細(xì)介紹獲得道路邊緣特征點(diǎn)al、a2、bl、b2、Cl、C2……的具體步驟。一種方法是可以經(jīng)過二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)，垂直所述位置點(diǎn)以及該位置 點(diǎn)相鄰的后一位置點(diǎn)之間的連線作垂線；記錄下在所述垂線上，距離所述位置點(diǎn)為道路寬 度一半的坐標(biāo)點(diǎn)，這些坐標(biāo)點(diǎn)作為道路邊緣特征點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖4(a)，圖4(a)是示意采用上 述方法獲得的道路邊緣特征點(diǎn)al、a2、bl、b2、cl、c2。具體做法在位置點(diǎn)A上，作該位置 點(diǎn)與相鄰的另一位置點(diǎn)B之間的連線AB的垂線ala2，ala2可與水平面平行；同樣地，在位 置點(diǎn)B上作連線BC的垂線blb2，blb2也可與水平面平行，在位置點(diǎn)C上作連線⑶的垂線 clc2……，并分別使上述垂線的中點(diǎn)與A、B、C點(diǎn)重合。假設(shè)道路寬度為2b，則道路邊緣特 征點(diǎn)al、a2到與其相應(yīng)的位置點(diǎn)A的距離為道路寬度的一半，即alA = a2A = b ；其他道路 邊緣特征點(diǎn) bl、b2、cl、c2 亦如此，即 blB = b2B = b, clC = c2C = b,......另一種方法可利用一對(duì)平行線和二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲取道路邊緣特征點(diǎn)，具體 地，依次連接所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)，以形成由多個(gè)線段構(gòu)成的二維虛擬道路； 在所述二維虛擬道路的兩側(cè)，以預(yù)定距離分別平行所述多個(gè)線段的每一線段作一對(duì)平行 線，記錄相鄰各對(duì)平行線之間的交點(diǎn)，以作為道路邊緣特征點(diǎn)；其中預(yù)定距離為道路寬度的 一半。以圖4(b)為例，具體做法是作二維虛擬道路ABC的各段平行線，即道路AB段的一對(duì) 平行線albl、a2b2，道路BC段的一對(duì)平行線blcl、b2c2。其中平行線albl與blcl相交于 bl，平行線a2b2與b2c2相交于b2。若兩條平行線albl、a2b2分別到道路段AB的距離為 b，兩條平行線blcl、b2c2分別到道路段BC的距離為L(zhǎng)，其中2L為道路ABC的總寬度。對(duì) 于其它的道路使用同樣的方法可得到圖4(b)所示的道路特征邊緣點(diǎn)。本方法適合非道路 起點(diǎn)及終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)，參閱圖4 (b)，該二維虛擬道路ABC中位置點(diǎn)B相應(yīng)的道 路邊緣特征點(diǎn)可以通過上述方法獲得，但對(duì)于二維虛擬道路ABC的起始點(diǎn)(例如位置點(diǎn)A) 和終結(jié)點(diǎn)相應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)則不使用。采用上述方法獲得的道路邊緣點(diǎn)特征而形成的 路面區(qū)域的道路寬度不會(huì)改變，從而具有更好的視覺效果。在適宜的實(shí)施方案中，對(duì)于其它情形的道路，上述方法都可適用。以上方法僅用來 說明兩種確定道路邊緣特征點(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道路邊緣特征點(diǎn)點(diǎn)。下面，圖6給出了本發(fā)明實(shí)施例中通過圖4 (a)所示的方法獲得的道路邊緣特征點(diǎn) 的坐標(biāo)計(jì)算示意圖。例如，圖6實(shí)施例中的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)為A、B，其中位置點(diǎn) A對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)為al和al。參考圖6，在相對(duì)坐標(biāo)系XYZ中假設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)為(0，0，0)，即與原點(diǎn)重合，B點(diǎn)的坐 標(biāo)為(xl，yl，zl)，道路的寬度為2b，線段AB的長(zhǎng)度為a，線段AB在水平面上的投影為AB’， AB’的長(zhǎng)度為a’，al坐標(biāo)為(x，y，ζ)。由此可以得出x^x+zl^y = 0 (1)x2+z2 = b2(2)Xl2+Zl2 = a，2 (3)通過以上三式可以計(jì)算出x = b*Xl/a，或χ = _b*Xl/a，χ = b^Xi/a' ζ = ^z1Za'；χ = -b^Xi/a' ζ = b^z/a'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)是沒有高度的二維數(shù)據(jù)，則要生成真正意義上的三維道路模 型時(shí)，需要人為地設(shè)定一個(gè)高度值作為高度參數(shù)，此參數(shù)在地理信息領(lǐng)域稱為高程數(shù)據(jù)，或 者從與道路水平面坐標(biāo)相同處的數(shù)字地形數(shù)據(jù)提取出高程數(shù)據(jù)。若輸入的道路數(shù)據(jù)包含了道路的高程數(shù)據(jù)，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，就得到了道路邊緣特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)值。此高度值與其相 應(yīng)的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(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)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)的高度值計(jì)算得出。如圖6中，點(diǎn)al、a2的y坐標(biāo)， 即點(diǎn)al、a2的高度值與其相應(yīng)的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)A的y坐標(biāo)值相等。如有需 要，點(diǎn)al、a2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。如此方式可求出點(diǎn)al、a2的空間坐標(biāo)，同理可得其他點(diǎn)的坐標(biāo)。此計(jì)算方法用以 說明本實(shí)施方案中求道路邊緣特征點(diǎn)坐標(biāo)，但是本發(fā)明不排除使用其它計(jì)算方法計(jì)算道路 邊緣特征點(diǎn)，例如通過如向量的叉乘等方法。下面，圖7給出了本發(fā)明實(shí)施例中通過圖4(b)所示的方法獲得的道路邊緣特征點(diǎn) 的坐標(biāo)計(jì)算示意圖。例如，圖7實(shí)施例中的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)為A、B、C，其中位置 點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)為al和a2，位置點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)為bl和b2，位置 點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)為Cl和c2。計(jì)算起點(diǎn)道路邊緣坐標(biāo)al、a2的方法采用圖6所 示的方法，點(diǎn)bl、b2的計(jì)算方法如下在相對(duì)坐標(biāo)系XOZ中假設(shè)A點(diǎn)坐標(biāo)(xl, zl), C點(diǎn)坐標(biāo)為(x2, z2)，albl、a2b2平 行于對(duì)應(yīng)的道路中心線AB，clbU c2b2平行于對(duì)應(yīng)的道路中心線BC，且各平行線到其相應(yīng) 道路中心線的距離是道路寬度的一半，記為b，平行線albl、clbl相交于點(diǎn)bl，平行線a2b2、 c2b2相交于點(diǎn)b2，根據(jù)上述可推導(dǎo)出各平行線的直線方程。例如平行線a2b2
、 ； Z2_ n平行線c2b2 了太一藝+h =
^
其中 6 f^L & P^-解上述方程組可得到道路邊緣特征點(diǎn)b2坐
m2= V A ,n2 = V、；
標(biāo)為，ZX -Z^ Z1W1同理可以獲得道路邊緣特征點(diǎn)bl的坐位。按照上述可知，通過采樣獲得的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的好壞直接影響了求解出的道 路邊緣特征點(diǎn)，從而最終影響了建立的三維道路模型。請(qǐng)參考圖13和圖14，其中圖13為本 發(fā)明實(shí)施例的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)過于密集時(shí)，使得根據(jù)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)形成的三維道路 路面道路邊界相交叉(圖13中表現(xiàn)為建立的三維道路路面邊界albl與cldl在路面區(qū)域 內(nèi)相交叉)，從而導(dǎo)致建立的三維道路模型異常的情形。相對(duì)應(yīng)的，圖14示意出了本發(fā)明的 二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)合格時(shí)三維道路模型化得到的三維道路模型，從圖14中可以看到建立 的三維道路路面邊界albl與cldl在路面區(qū)域內(nèi)沒有相交叉，路面沒有發(fā)生畸形。因此，為 了使三維道路模型更加的真實(shí)客觀，本發(fā)明一具體實(shí)施例在獲取到二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的步 驟之后還設(shè)有對(duì)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟。所述預(yù)處理可以對(duì)獲得的二維道路 坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，剔除掉不符合三維模型化要求的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以在二 維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)過于稀疏導(dǎo)致三維道路模型化出來的三維道路模型在轉(zhuǎn)彎處產(chǎn)生較尖銳 的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，嚴(yán)重影響道路面的視覺效果情況下，對(duì)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。具體地，下面提供了一種剔除掉不符合三維道路模型化要求的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù) 的預(yù)處理方法計(jì)算二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)到與其相應(yīng)的道路中心線的 距離，若上述距離小于路寬的一半，則將該二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)舍棄，并將該二維道路坐標(biāo)數(shù) 據(jù)位置點(diǎn)的前一點(diǎn)與后一點(diǎn)連接成線，形成新的道路中心線。對(duì)所有的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù) 進(jìn)行上述的處理，可剔除所有不滿足要求的數(shù)據(jù)，使得最終建立的三維道路模型更加的真 實(shí)。請(qǐng)參閱圖10，圖10示意了二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)密集時(shí)，另一種修正二維道路坐標(biāo)數(shù) 據(jù)的處理方法，圖中二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)c點(diǎn)離點(diǎn)b點(diǎn)過近，導(dǎo)致模型網(wǎng)格化時(shí)三角形錯(cuò)亂， 判斷上述兩二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)過于密集的過程和依據(jù)如下所述分別過二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中點(diǎn)c與點(diǎn)b，作上述兩位置點(diǎn)之間連線Cb的第一垂線 clc2和第二垂線blb2，該兩垂線相交于點(diǎn)w，點(diǎn)w計(jì)為虛擬轉(zhuǎn)彎點(diǎn)；分別計(jì)算上述虛擬轉(zhuǎn)彎點(diǎn)w與上述兩位置點(diǎn)C、b之間的距離(即wc、wb的記 錄)，記錄距離大的一者為虛擬轉(zhuǎn)彎距離(在本具體實(shí)施例中顯然WC > Wb)，其中，在 本實(shí)施例中長(zhǎng)度WC可以根據(jù)be和cd向量的旋轉(zhuǎn)角度α來計(jì)算，即WC = bc/sin^ ,
λ I be X cd I
SlnP : in
Ibcl Icdl .判斷所述虛擬轉(zhuǎn)彎距離是否小于二分之一的道路寬度，設(shè)道路的寬度為lenth_R， 即判斷是否滿足 ζ巧-11是否如果小于，則表示上述虛擬轉(zhuǎn)彎距離對(duì)應(yīng)的二維道路
WC< 2 ，
坐標(biāo)數(shù)據(jù)不滿足網(wǎng)格化的條件，預(yù)處理的結(jié)果是刪除二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中即 刪除二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)C，使三維道路模型更加的自然合理。當(dāng)二維道路數(shù)據(jù)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)過于稀疏時(shí)導(dǎo)致三維道路模型化出來的道路在轉(zhuǎn)彎處產(chǎn)生較尖銳的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，嚴(yán)重影響道路的視覺效果時(shí)，對(duì)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 處理是必須的。此時(shí)的預(yù)處理方式主要是作平滑處理，其中平滑處理的插值算法很多，如貝 塞爾、⑶I算法、樣條插值等。二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)是否需要進(jìn)行預(yù)處取決與該二維道路坐標(biāo) 數(shù)據(jù)為稀疏二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種判斷是否為稀疏二維道路坐標(biāo)數(shù) 據(jù)的方法具體如下記錄當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)與前一個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位 置點(diǎn)所構(gòu)成的前向量；記錄當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的后一個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)與 當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)所構(gòu)成的后向量；計(jì)算前向量與后向量夾角的角度值，并 判斷該角度值是否大于一預(yù)定閾值，如果大于，則所述當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)為稀疏二維 道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)。一般該閾值為11度。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度大于該閾值時(shí)，道路的轉(zhuǎn)折就有明顯的失 真感，需要進(jìn)行平滑插值處理，當(dāng)然閾值可以根據(jù)實(shí)際道路的需求進(jìn)行調(diào)整。下面，結(jié)合圖 11具體實(shí)施例給出對(duì)稀疏二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑化修正的詳細(xì)描述。圖11所示點(diǎn)a、點(diǎn)b、點(diǎn)c為三個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)，ab組成的道路中心線與be組 成的道路中心線之間具有很大道路轉(zhuǎn)彎幅度，計(jì)算向量ab到向量be的夾角，在本實(shí)施例中 上述夾角α大于預(yù)設(shè)的11度閾值，所以需要對(duì)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)b進(jìn)行插值平滑處理，從 而在保持道路中心線基本形狀和位置的同時(shí)使道路中心線在轉(zhuǎn)折處更加平滑。具體地在稀 疏二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)之間添加若干為位置點(diǎn)的方法為首先根據(jù)道路寬度和路段 的長(zhǎng)度確定平滑長(zhǎng)度be和bf，且be = bf (如圖11所示，作道路中心線ab、be的內(nèi)切圓，圓 心為點(diǎn)O，切點(diǎn)分別為點(diǎn)e、f，)；然后根據(jù)點(diǎn)e和f在上述內(nèi)切圓的圓弧上取點(diǎn)Pn，記錄下 這些點(diǎn)的坐標(biāo)位置以及與上一點(diǎn)之間的長(zhǎng)度關(guān)系，作為修正的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)，點(diǎn)Pn的 坐標(biāo)可以根據(jù)公式
I ι · ηαPn = θ + ^ = e+ W,51,nir U + Sin2(^)W ( η = 1, 2, 3 …m )來計(jì)算，其中 m 為
|u I^
添加的取點(diǎn)的個(gè)數(shù)，η為第η個(gè)取點(diǎn)，w = (uXv)Xu，如圖11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▽代表向量bf，矢量芩代表 向量eo，α為向量ab到向量be的夾角，在這里引入矢量是為了方便計(jì)算各點(diǎn)的坐標(biāo)值。圖12是根據(jù)這種上述方法處理過的道路的后的效果圖。很明顯，在二維道路坐標(biāo) 數(shù)據(jù)a、c之間添加了若干修正的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)后，形成的道路中心線具有較真實(shí)的視 覺效果。在得到上述三維道路的路面區(qū)域之后，需要對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格化處理。對(duì)于網(wǎng)格化可 以參閱圖8 (a)至圖8(b)的實(shí)施例。如圖8(a)至圖8(b)所示，a、b、c為三個(gè)二維道路坐標(biāo) 數(shù)據(jù)，al、a2、bl、b2、Cl、C2為分別與a、b、c相應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)，參考圖8(a)的實(shí)施例， 將二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)與對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)之間用直線相互連接起來，再上述 兩點(diǎn)與相鄰的另一個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)連接起來形成對(duì)應(yīng)的三角形的網(wǎng)格模型， 例如圖8(a)中的三角形AaalbB、aAa2Bb、bBblCc、bb2cBb2C等等。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)全部道路路 面區(qū)域的網(wǎng)格化處理，得到三維道路模型。運(yùn)用另一種方式相同的網(wǎng)格化方法可以對(duì)三維道路的路面區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格化 處理，得到三角形Aalbl、a2b2B、BblcU b2BC等等，從而得到的三維道路模型。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虛擬道路模型，還可以生成靜態(tài)的3D道 路模型數(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)是模型中所有網(wǎng)格順序組織起來的數(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
一種三維道路模型化方法，其特征在于所述方法包括以下步驟獲取二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的步驟；根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲取與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)的步驟；根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域的步驟；以及對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道路模型的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二維道路坐標(biāo)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)，記錄所述當(dāng)前位置點(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坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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)一步判斷所述當(dāng)前位置點(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo) 數(shù)據(jù)獲取與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)的步驟包括經(jīng)過二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)，垂直所述位置點(diǎn)以及該位置點(diǎn)相鄰的后一位置點(diǎn) 之間的連線作垂線；以及記錄在所述垂線上，距離所述位置點(diǎn)為道路寬度一半的坐標(biāo)信息，以作為所述二維道 路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對(duì)于二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)為非道路起點(diǎn)和 終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)通過以下步驟獲得依次連接所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中的位置點(diǎn)，以形成多個(gè)線段； 在各線段的兩側(cè)，平行每一線段分別作相應(yīng)于該線段的一對(duì)平行線，記錄相鄰各對(duì)平 行線之間交點(diǎn)的坐標(biāo)信息，以作為道路邊緣特征點(diǎn)；其中所述相應(yīng)于該線段的一對(duì)平行線中的任一平行線與該線段之間的距離為道路寬 度的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確定三維 道路的路面區(qū)域的步驟包括依次連接位于所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)同一側(cè)的道路邊緣特征點(diǎn)，記錄所形成的兩條連 線，以作為所述路面區(qū)域的邊界。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化的 步驟包括以相鄰的兩個(gè)道路邊緣特征點(diǎn)、與上述任一道路邊緣特征點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的二維道路坐標(biāo)數(shù) 據(jù)為三角形頂點(diǎn)，形成三角形的網(wǎng)格。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化以獲得三維 道路模型的步驟之后還包括紋理鋪裝步驟，所述紋理鋪裝步驟包括利用道路屬性數(shù)據(jù)對(duì) 所述三維道路模型進(jìn)行紋理鋪裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述獲取二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的步驟之 后還包括數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括修正二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)密集的步驟； 所述修正二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)密集通過以下步驟獲得分別過二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)中相鄰兩位置點(diǎn)，作上述兩位置點(diǎn)之間連線的第一垂線和第 二垂線，該兩垂線相交形成虛擬轉(zhuǎn)彎點(diǎn)；分別計(jì)算上述虛擬轉(zhuǎn)彎點(diǎn)與上述兩位置點(diǎn)之間的距離，記錄距離大的一者為虛擬轉(zhuǎn)彎 距離；判斷所述虛擬轉(zhuǎn)彎距離是否小于二分之一的道路寬度，如果小于，則刪除所述虛擬轉(zhuǎn) 彎距離對(duì)應(yīng)的二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括修正二維道路 坐標(biāo)數(shù)據(jù)稀疏的步驟；所述修正二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)稀疏通過以下步驟獲得記錄當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)與前一個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)所構(gòu)成的 前向量；記錄當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的后一個(gè)二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)與當(dāng)前二維道路坐 標(biāo)數(shù)據(jù)的位置點(diǎn)所構(gòu)成的后向量；計(jì)算前向量與后向量夾角的角度值，并判斷該角度值是否大于一預(yù)定閾值，如果大于， 標(biāo)記所述當(dāng)前二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)為稀疏二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)；在與上述稀疏二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相鄰的兩二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)之間添加若干修正的位 置點(diǎn)，記錄所述修正的位置點(diǎn)的坐標(biāo)信息以及距離前一個(gè)位置點(diǎn)的距離，以作為修正的二 維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，其特征在于，對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化以獲得三維道路 模型的步驟之后還包括存儲(chǔ)步驟，所述存儲(chǔ)步驟包括將所述三維道路模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行存儲(chǔ)。
12.—種三維道路模型化裝置，其特征在于，所述裝置包括數(shù)據(jù)單元，所述數(shù)據(jù)單元獲得二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)；確定單元，根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲得與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì) 應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)，并根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域；以及網(wǎng)格化單元，所述網(wǎng)格化單元對(duì)所述三維道路的路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道 路模型。
13.如權(quán)利要求12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)所述三維道路模型進(jìn)行紋理鋪裝。
14.如權(quán)利要求13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 裝的所述三維道路模型進(jìn)行顯示。
15.如權(quán)利要求12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模型化方法，所述方法包括以下步驟A)獲取二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)；B)根據(jù)道路寬度和所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)獲取與所述二維道路坐標(biāo)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的道路邊緣特征點(diǎn)；C)根據(jù)所述道路邊緣特征點(diǎn)確定三維道路的路面區(qū)域；以及D)對(duì)所述路面區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以獲得三維道路模型。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。
文檔編號(hào)G06T15/00GK101930623SQ200910108470
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉興國, 唐遠(yuǎn)流, 鄧高偉 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司