專利名稱：用于顯示具有參考標記的3d地理空間圖像的地理信息系統(tǒng)(gis)和相關方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像處理系統(tǒng)領域，且更明確地說，涉及地理信息系統(tǒng)(GIS)和相關 方法。
背景技術：
在特定應用中，需要提供三維(3D)對象或圖像的數(shù)字表示。舉例來說，此類應用 可包括映射程序(例如，谷歌地球(Google Earth))架構設計應用程序(例如Pro/E、 CATIA)、數(shù)字設計和建模工具(例如，瑪雅(Maya)、三維工作室麥克斯(3DStudio Max)) 和三維可視化分析工具。
顯示并與計算機上的數(shù)字3D圖像互動所面臨的一個挑戰(zhàn)是這在傳統(tǒng)上是使用二維 (2D)互動機制來實現(xiàn)的。更明確地說，在3D應用領域，通常僅使用2D輸入/輸出裝 置(例如監(jiān)視器或顯示器、鼠標、鍵盤和/或操縱桿)來創(chuàng)建/編輯3D對象。這一般是以 兩個方式之一來完成。第一方式是在場景中創(chuàng)建3D對象或將3D對象放置于場景中， 這可為一個繁瑣的多歩驟過程。首先在二維平面中創(chuàng)建所述對象或將所述對象放置于二 維平面中，并接著在第三維對其進行操縱。盡管常同時存在多個視點，但所述過程對于 用戶來說仍相對不具有直觀性。
根據另一方法，對象可被自然地直接放置在3D空間中，但一般僅與預先存在的3D 對象相關，所述3D對象已經在當前坐標系統(tǒng)中具有空間背景。允許將對象自然地放置 在3D空間中的應用的 一 個實例是來自本發(fā)明受讓人哈利斯(Harris )公p]的"InReality " 站點模型(sitemodel)取景器。InReality頂還提供在3D虛擬場景內的復雜互動，以允 許用戶容易地移動穿過地理空間上準確的虛擬環(huán)境并具有浸沒在場景內的任何位置的 能力。
已開發(fā)出各種方法用于將圖形對象布置或放置在顯示器上。頒給克勞福德 (Crawford)等人的第5,883,625號美國專利中揭示用于窗口上的對象放置的2D布置的 一個實例。此專利是針對用以將對象自動布置在圖形用戶界面(GUI)的容器內的系統(tǒng) 和方法。提供可選擇的柵格樣式以在所述容器內部將單元布置成不同配置?？梢圆煌?柵格樣式放置所述單元，例如矩形、菱形或圓形。此外，使用識別符將對象(例如圖標或按鈕)放置于每一單元中并將所述對象排序以用于其它用戶應用程序。
盡管此類方法可能有助于與2D圖像互動，但這些方法在運用于3D圖像時可能無 用。盡管確實存在特定的觸覺型(即，經由觸感來與用戶介接的技術)且固有的3D輸 入裝置，其試圖促進與3D數(shù)據互動，但此類裝置通常較昂貴，需要專用硬件/軟件，具 有相當大的學習曲線和/或不易使用。

發(fā)明內容
鑒于前述背景技術，因此本發(fā)明的一目的是提供用以促進與3D數(shù)據(例如3D地 理空間圖像)互動的系統(tǒng)和相關方法。
通過地理信息系統(tǒng)(GIS)來提供此和其它目的、特征和優(yōu)點，所述系統(tǒng)可包括顯 示器、GIS數(shù)據庫和處理器。更明確地說，所述處理器可與所述顯示器和所述GIS數(shù)據 庫協(xié)作以顯示其中包括多個間隔開的參考標記的三維(3D)地理空間圖像。所述參考標 記可具有指示所述3D地理空間圖像內的不同相對位置的不同視覺特性。所述處理器還 可將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記相關聯(lián)。
舉例來說，不同視覺特性可包括不同尺寸和/或不同顏色。輸入裝置還可連接到所述 處理器，且所述處理器可基于所述輸入裝置而選擇性地顯示用于給定參考標記的位置數(shù) 據。例如，在鼠標的情況下，當鼠標光標移動成指向所述給定參考標記時，所述處理器 可顯示所述位置數(shù)據。舉例來說，所述可選擇性地顯示的位置數(shù)據可包括(例如)可選 擇性地顯示的緯度、經度和高度坐標。
所述輸入裝置也可與所述處理器協(xié)作以在一對參考標記之間繪制線，而且所述處理 器可與所述顯示器協(xié)作以基于所述線顯示所述對參考標記之間的距離。此外，所述輸入 裝置可進一步與所述處理器協(xié)作以從多個參考標記中選擇一給定參考標記。所述3D地 理空間圖像還可包括在所述給定參考標記下的地表面。因此，所述處理器可與所述顯示 器協(xié)作以在選擇所述給定參考標記后便在所述地表面與所述給定參考標記之間繪制垂 直參考線。例如，所述參考標記可為半透明的幾何對象，例如半透明球體。
所述處理器還可與所述顯示器協(xié)作以基于所述輸入裝置來選擇性地改變所述參考 標記之間的間隔。在某些實施例中，所述參考標記中的至少某些參考標記之間的間隔可 為非均勻和/或非線性的?？墒褂盟鲚斎胙b置來選擇參考標記。因此，所述3D地理空 間圖像可包括至少一個多邊形，且所述處理器可基于選擇與所述至少一個多邊形相關聯(lián) 的參考標記的順序來確定所述至少一個多邊形的定向。
此外，所述處理器可基于所述輸入裝置而與所述3D地理空間圖像一起選擇性地顯示所述多個參考標記。例如，如果所述輸入裝置是鍵盤，則在按下給定鍵時所述處理器 可顯示所述參考標記，并在釋放所述給定鍵時從所述顯示器移除所述參考標記。
三維(3D)地理空間圖像顯示方法方面可包括將3D地理空間圖像與其中的多個間 隔開的參考標記一起顯示在顯示器上。所述參考標記可具有指示所述3D地理空間圖像 內的不同相對位置的不同視覺特性。所述方法可進一步包括將可選擇性地顯示的位置數(shù) 據與每一參考標記相關聯(lián)。


圖l是根據本發(fā)明的示范性地理信息系統(tǒng)(GIS)的示意性方框圖。 圖2是根據本發(fā)明具有參考標記的3D圖像的樣本顯示，其具有選擇性地顯示的位置 數(shù)據。
圖3是顯示一對參考標記之間的距離且在參考標記之間具有不同間隔的圖2的3D圖 像的樣本顯示。
圖4是顯示從所述圖像中的地表面到參考標記的垂宵.參考線和相關聯(lián)的高度的圖2 的3D圖像的樣本顯示。
圖5是圖2的3D圖像的樣本顯示，其采用具有不同顏色的參考標記的替代性實施例以
指示所述圖像內的不同相對位置。
圖6是根據本發(fā)明包括半透明球形參考標記的另一3D圖像的樣木顯示。 圖7是說明根據本發(fā)明的3 D地理空間圖像顯示方法的樣本顯示。
具體實施例方式
現(xiàn)將在下文參考附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中展示本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而， 本發(fā)明可以許多不同形式實施，而不應解釋為限于本文所述的實施例。實際上，所提供 的這些實施例是為了使得此揭示內容將更為詳盡和完整，并將把本發(fā)明的范圍全面地傳 達給所屬領域的技術人員。全篇中相同數(shù)字指代相同元件，并使用撇和多撇符號來指示 替代性實施例中的類似元件。
首先參考圖1,地理信息系統(tǒng)(GIS) 20說明性地包括顯示器21、 GIS (或其它3D 圖像)數(shù)據庫22和處理器23 (例如，計算機CPU)。此外，將輸入裝置(例如鼠標24 和鍵盤25)連接到處理器23，以允許用戶與顯示在所述顯示器21上的數(shù)據互動并操縱 所述數(shù)據(例如圖像數(shù)據)。所屬領域的技術人員將明白，還可使用其它輸入裝置，例 如操縱桿(未圖示)。
一般來說，所述處理器23與所述顯示器21和所述GIS數(shù)據庫22協(xié)作，以將存儲在所述GIS數(shù)據庫中的三維(3D)地理空間圖像連同其中的多個間隔開的參考標記 30a-301—起顯示。在圖2-5中，所述3D圖像僅是地面(例如，地體)表面或柵格，使 得可更容易地識別所述參考標記30a-301。此外，所述參考標記30a-301在這些實施例中 是球體，但還可使用其它幾何形狀或標記。
所述參考標記30a-301有利地具有指示所述3D空間圖像內的不同相對位置的不同視 覺特性，以幫助用戶更輕易地區(qū)分對象頂點、邊界、海拔等在一圖像內的相對位置。舉 例來說，在圖2-4中，所述參考標記30a-301的不同視覺特性是其不同的相對尺寸。例 如，在前景中的參考標記30a比在背景中的參考標記301更大，其向用戶指示所述參考 標記30a相對于所述用戶觀看3D圖像的特定角度"更近"(即，離用戶的有利點更近)。
除尺寸外的其它視覺特性也可用于幫助以視覺方式向用戶指示參考標記在圖像內 的相對位置。例如，在圖5所示的替代性實施例中，參考標記30a'-30i'具有不同顏色(以 不同灰階陰影來說明)以指示其在圖像內的相對位置。在此實例中，更暗顏色的參考標 記出現(xiàn)于前景中，而隨著所述標記變得離用戶的有利點更遠，其顏色變得更亮，但還可 使用其它布置。所屬領域的技術人員將明白，在某些實施例中，顏色與尺寸均可用于指 示在圖像內的相對位置。此外，可基于從地表面31的海拔(在地理參考情形屮)或者 更一般地是基于離預定義的點或表面的距離，來色化各個參考標記。
所述處理器23還可有利地將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記相關聯(lián)。 因此，在特定城市或其它位置的3D地理空間圖像的情況下，其中所述圖像中的點是參 考所述特定城市的實際緯度、經度和/或高度/海拔坐標等，所述處理器24將基于每一參 考標記30a-301在所述圖像內的位置而將各自位置數(shù)據與每一參考標記30a-301相關聯(lián)， 如所屬領域的技術人員將了解。當然，對于除GIS以外的應用(例如，架構設計應用、 數(shù)字設計建模工具等)，所述位置數(shù)據可是基于比例等而參考一場景中的特定對象，如 所屬領域的技術人員將了解。
具體來說，當用戶選擇給定參考標記時，處理器23可致使顯示器21顯示與給定參 考標記30相關聯(lián)的位置數(shù)據。在圖2所說明的實例中，用戶已通過將鼠標光標32移動 成指向參考標記30a來選擇所述參考標記30a，其致使處理器產生彈出窗口 33，從而顯 示與此特定參考標記相關聯(lián)的緯度、經度和高度/海拔坐標。在其它情況下，例如，可通 過按壓給定的鼠標按鈕或鍵盤鍵來執(zhí)行選擇。此外，如果需要，可顯示給定參考標記的 當前坐標并在參考標記的密度改變時對其進行實時更新，下面將進一步論述。
還可使用鼠標24在一對參考標記30a與30g之間繪制線34，參見圖3。這可通過 僅選擇第一參考標記(此處是參考標記30a)來完成，例如通過在鼠標指針32指向所述參考標記時點擊鼠標按鈕并接著將線34拖曳到第二參考標記30g并釋放所述鼠標按鈕。 當然，還可使用其它方法來選擇和/或繪制參考標記之間的線，如所屬領域的技術人員將 了解。所述處理器23還可顯示彈出窗口 33，其在此實例中顯示兩個參考標記之間的距 離(即2m)。此特征可能對于城市規(guī)劃者等尤其有利，這些人需要確定(例如)從3D 場景(例如建筑物頂部)內的一點到另一點(例如，另一建筑物的頂部)的距離。
另一類似特征在于，可使用鼠標24 (或鍵盤25或其它適當?shù)妮斎胙b置)來選擇給 定參考標記30a,以便使處理器23可致使在選擇給定標記后便在地表面與給定參考標記 之間繪制垂直參考線35，參見圖4。即，垂直參考線35提供有用的參考來讓用戶確定 將直接位于給定參考標記30a下的地表面31定位在何處。此外，還可通過處理器23在 顯示器21上產生彈出窗口，其指示地表面31與給定參考標記30a之間的距離(在此是 5 m)。
所述參考標記可為半透明的幾何對象，例如半透明球體30〃，(例如)如圖6所示。 具體來說，所說明的實例中的球體30"描繪在對象40上的點，所述對象40可能是建筑 物(即人造結構)、高地等。當給定參考標記與對象40交叉時，處理器23可有利地僅 顯示給定參考標記在對象以外的那些部分(如圖所示)，以進一步幫助用戶了解對象的 相對位置和邊界而不會混淆對象本身。
處理器23還可致使顯示器21基于輸入裝置中的--個裝置來選擇性地改變參考標記 30a-30l之間的間隔。例如，處理器23可基于鼠標24的滾輪來改變參考標記30a-301的 間隔(即密度)，此可與按壓鍵盤25上的特定鍵(例如，CTRL鍵)組合來完成。肉此， 用戶能夠快速且方便地將參考標記30a-301的間隔改變?yōu)檫m合用戶工作中所采用的特定 圖像或縮放水平。當然，如果需要，還可隨著用戶改變縮放水平而自動更新參考標記密 度。
處理器23還可與3D地理空間圖像一起選擇性地顯示參考標記30a-301，即僅在用 戶請求時將其顯示出來。例如，此可基于輸入裝置中的一個裝置(例如鍵盤25)來完成。 更明確地說，可將鍵盤25上的特定鍵指派用于在用戶將其按壓或向下壓時致使處理器 23顯示參考標記30a-301 (例如，空格鍵)，并接著在用戶釋放所指定的鍵時"隱藏"參 考標記。當然，可使用其它方法來指令處理器23顯示參考標記30a-301 (以及執(zhí)行上述 各種功能)，例如下拉式菜單項目、按鈕條上的按鈕等，如所屬領域的技術人員將了解。
現(xiàn)在將參考圖7描述三維(3D)地理空間圖像顯示方法方面。在方框70處開始， 所述方法說明性地包括將3 D地理空間圖像與多個間隔開的參考標記3 0 a - 3 01 —起顯示在 顯示器21上(方框72處)。如上面所提到，參考標記30a-301優(yōu)選具有指示三維地理空間圖像內的不同相對位置的不同視覺特性(例如，尺寸、顏色等)。
所述方法可進一步包括將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記相關聯(lián)(方框 74處)，如上文進一步論述。處理器23接著與鼠標24和/或鍵盤25協(xié)作以確定何時選 擇給定參考標記30 (方框76處)。當此舉發(fā)生時，處理器23接著執(zhí)行適當?shù)膭幼?，?如顯示與給定參考標記30相關聯(lián)的各自位置數(shù)據(方框78處)，如上面所提到，因此 結束所說明的方法(方框80)。
在不同情況或實施方案中，可將參考標記30a-301擴展到跨越全部可見場景(即視 平截體(view frustum))或者僅跨越所述場景的部分。此外，還可有利地使用參考標記 30a-301將預定義的對象放置在3D場景中，或者(例如)通過連續(xù)選擇標記來定義全新 的對象。優(yōu)選的是，參考標記30a-301的柵格或矩陣將默認為具有規(guī)則間隔。然而，可 使用額外的可由用戶或背景定義的參數(shù)來自動增加特定區(qū)域中的球體密度，從而致使柵 格密度動態(tài)增加與減小成在整個柵格范圍均是非均勻或甚至非線性，如所屬領域的技術 人員將了解。
現(xiàn)在將說明計算機系統(tǒng)20的 一 個示范性實施例的操作細節(jié)以提供進 一 步的理解。 在整個圖像場景或其某 -部分上，鍵盤25的空格鍵引入(即，覆蓋)參考標記30a-301 (即球體)的矩陣，其尺寸經調節(jié)而與背景匹配?？墒褂面I盤25禾ti/或操縱桿在場景中四 處移動相機視角。此外，鼠標24上的滾輪動態(tài)地增加/減小矩陣密度(即，球體間的間 隔)。視情況，動態(tài)柵格密度調節(jié)不-一定需要在整個矩陣/柵格上是均勻的或線性的，如 上面所提到。
每次在鼠標指針32在可選擇的參考球體上移動時，(a)如果在球體下有地表面部 分，則向地面31自動繪制筆直的垂直參考線35，以精確顯示球體位于哪一地面點上， 以及(b)如果場景在GIS背景中(即，具有一原點)，則優(yōu)選展示給定球體的緯度/經 度/高度坐標，即使下面不存在地面。視情況，可基于離特定點的高度/海拔或距離來色 化球體(在場景側上顯示適當?shù)牟噬珬l圖例)。此外，通過點擊給定球體，可選擇所述 球體并在選擇一個以上球體的情況下視情況關閉多邊形(或體積印刷，如頒給吉特列茲 (Gutierrez)等人的第6,915,310號美國專利所論述，該專利轉讓給本受讓人，且其全部 內容以引用方式并入本文中)。在簡并的多邊形的情況下，兩個選定球體形成一條線， 如所屬領域的技術人員將了解。
上述計算機系統(tǒng)20和方法可提供若干優(yōu)點。例如，其可相對較快地且在用戶所需 要的操作極少的情況下提供完整的3D背景，以及針對場景中的任何3D點而提供GIS (緯度/經度/高度)背景。此外，可基于離一點或對象的距離來提供徑向色化或基于離表面(例如，地面)的距離來提供平面色化。其它優(yōu)點可包括動態(tài)密度校準以及動態(tài)密度 校準中的非均勻性(即，可將感興趣的區(qū)域調節(jié)成具有比矩陣的其余部分更高的密度)。 此外，可視情況從用戶選擇球體的順序中自動推導出多邊形定向(即，計算機圖形術語 中的纏繞，其用于確定多邊形是面朝正面還是面朝背面)。
權利要求
1. 一種地理信息系統(tǒng)(GIS)，其包含顯示器；GIS數(shù)據庫；以及處理器，其與所述顯示器和所述GIS數(shù)據庫協(xié)作以顯示其中包括多個間隔開的參考標記的三維(3D)地理空間圖像，所述參考標記具有指示所述3D地理空間圖像內的不同相對位置的不同視覺特性；所述處理器還將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記相關聯(lián)。
2. 根據權利要求1所述的GIS，其中所述不同視覺特性包含不同尺寸。
3. 根據權利要求1所述的GIS，其中所述不同視覺特性包含不同顏色。
4. 根據權利要求1所述的GIS，其進一步包含連接到所述處理器的輸入裝置，且其中 所述處理器基于所述輸入裝置選擇性地顯示用于給定參考標記的位置數(shù)據。
5. 根據權利要求1所述的GIS，其進一步包含與所述處理器協(xié)作以在一對參考標記之 間繪制線的輸入裝置；且其中所述處理器與所述顯示器協(xié)作以基于所述線顯示所述 對參考標記之間的距離。
6. —種三維(3D)地理空間圖像顯示方法，其包含將所述3 D地理空間圖像與其中的多個間隔開的參考標記 一 起顯示在顯示器上， 所述參考標記具有指示所述3D地理空間圖像內的不同相對位置的不同視覺特性； 以及將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記相關聯(lián)。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中所述不同視覺特性包含不同尺寸與不同顏色中的 至少一者。
8. 根據權利要求6所述的方法，其進一步包含在一對參考標記之間繪制線以及基于所述線顯示所述對參考標記之間的距離。
9. 根據權利要求6所述的方法，其中所述3D地理空間圖像包含地表面；且進一步包含從所述地表面上的所述多個參考標記中選擇給定參考標記以及 在選擇所述給定參考標記后在所述地面與所述給定參考標記之間繪制垂直參考 線。
10. 根據權利要求6所述的方法，其中所述參考標記包含半透明的幾何對象。
全文摘要
一種地理信息系統(tǒng)(GIS)(20)可包括顯示器(21)、GIS數(shù)據庫(22)和處理器(23)。所述處理器(23)可與所述顯示器(21)和所述GIS數(shù)據庫(22)協(xié)作以顯示其中包括多個間隔開的參考標記(30a-30l)的三維(3D)地理空間圖像。所述參考標記(30a-30l)可具有指示所述3D地理空間圖像內的不同相對位置的不同視覺特性。所述處理器(23)還可將可選擇性地顯示的位置數(shù)據與每一參考標記(30a-30l)相關聯(lián)。例如，所述參考標記(30a-30l)可具有不同尺寸和/或顏色。
文檔編號G09G5/00GK101438341SQ200780016248
公開日2009年5月20日 申請日期2007年5月3日 優(yōu)先權日2006年5月4日
發(fā)明者吉列爾莫·E·古鐵雷斯, 蒂莫西·B·?？思{ 申請人:賀利實公司