CN101438341A

CN101438341A - 用于显示具有参考标记的3d地理空间图像的地理信息系统（gis）和相关方法

Info

Publication number: CN101438341A
Application number: CNA2007800162485A
Authority: CN
Inventors: 吉列尔莫·E·古铁雷斯; 蒂莫西·B·福克纳
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-05-03
Publication date: 2009-05-20
Also published as: WO2007130539A2; TW200813885A; JP2009535734A; WO2007130539A3; EP2024961A2; US20070257903A1; EP2024961A4; BRPI0711291A2; CA2651318A1; KR20090007623A

Abstract

一种地理信息系统(GIS)(20)可包括显示器(21)、GIS数据库(22)和处理器(23)。所述处理器(23)可与所述显示器(21)和所述GIS数据库(22)协作以显示其中包括多个间隔开的参考标记(30a－30l)的三维(3D)地理空间图像。所述参考标记(30a－30l)可具有指示所述3D地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性。所述处理器(23)还可将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记(30a－30l)相关联。例如，所述参考标记(30a－30l)可具有不同尺寸和/或颜色。

Description

用于显示具有参考标记的3D地理空间图像的地理信息系统（GIS）和相关方法

技术领域

本发明涉及图像处理系统领域，且更明确地说，涉及地理信息系统(GIS)和相关方法。

背景技术

在特定应用中，需要提供三维(3D)对象或图像的数字表示。举例来说，此类应用可包括映射程序(例如，谷歌地球(Google Earth))架构设计应用程序(例如Pro/E、CATIA)、数字设计和建模工具(例如，玛雅(Maya)、三维工作室麦克斯(3DStudio Max))和三维可视化分析工具。

显示并与计算机上的数字3D图像互动所面临的一个挑战是这在传统上是使用二维(2D)互动机制来实现的。更明确地说，在3D应用领域，通常仅使用2D输入/输出装置(例如监视器或显示器、鼠标、键盘和/或操纵杆)来创建/编辑3D对象。这一般是以两个方式之一来完成。第一方式是在场景中创建3D对象或将3D对象放置于场景中，这可为一个繁琐的多步骤过程。首先在二维平面中创建所述对象或将所述对象放置于二维平面中，并接着在第三维对其进行操纵。尽管常同时存在多个视点，但所述过程对于用户来说仍相对不具有直观性。

根据另一方法，对象可被自然地直接放置在3D空间中，但一般仅与预先存在的3D对象相关，所述3D对象已经在当前坐标系统中具有空间背景。允许将对象自然地放置在3D空间中的应用的一个实例是来自本发明受让人哈利斯(Harris)公司的“InReality^TM”站点模型(sitemodel)取景器。InReality^TM还提供在3D虚拟场景内的复杂互动，以允许用户容易地移动穿过地理空间上准确的虚拟环境并具有浸没在场景内的任何位置的能力。

已开发出各种方法用于将图形对象布置或放置在显示器上。颁给克劳福德(Crawford)等人的第5,883,625号美国专利中揭示用于窗口上的对象放置的2D布置的一个实例。此专利是针对用以将对象自动布置在图形用户界面(GUI)的容器内的系统和方法。提供可选择的栅格样式以在所述容器内部将单元布置成不同配置。可以不同的栅格样式放置所述单元，例如矩形、菱形或圆形。此外，使用识别符将对象(例如图标或按钮)放置于每一单元中并将所述对象排序以用于其它用户应用程序。

尽管此类方法可能有助于与2D图像互动，但这些方法在运用于3D图像时可能无用。尽管确实存在特定的触觉型(即，经由触感来与用户介接的技术)且固有的3D输入装置，其试图促进与3D数据互动，但此类装置通常较昂贵，需要专用硬件/软件，具有相当大的学习曲线和/或不易使用。

发明内容

鉴于前述背景技术，因此本发明的一目的是提供用以促进与3D数据(例如3D地理空间图像)互动的系统和相关方法。

通过地理信息系统(GIS)来提供此和其它目的、特征和优点，所述系统可包括显示器、GIS数据库和处理器。更明确地说，所述处理器可与所述显示器和所述GIS数据库协作以显示其中包括多个间隔开的参考标记的三维(3D)地理空间图像。所述参考标记可具有指示所述3D地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性。所述处理器还可将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联。

举例来说，不同视觉特性可包括不同尺寸和/或不同颜色。输入装置还可连接到所述处理器，且所述处理器可基于所述输入装置而选择性地显示用于给定参考标记的位置数据。例如，在鼠标的情况下，当鼠标光标移动成指向所述给定参考标记时，所述处理器可显示所述位置数据。举例来说，所述可选择性地显示的位置数据可包括(例如)可选择性地显示的纬度、经度和高度坐标。

所述输入装置也可与所述处理器协作以在一对参考标记之间绘制线，而且所述处理器可与所述显示器协作以基于所述线显示所述对参考标记之间的距离。此外，所述输入装置可进一步与所述处理器协作以从多个参考标记中选择一给定参考标记。所述3D地理空间图像还可包括在所述给定参考标记下的地表面。因此，所述处理器可与所述显示器协作以在选择所述给定参考标记后便在所述地表面与所述给定参考标记之间绘制垂直参考线。例如，所述参考标记可为半透明的几何对象，例如半透明球体。

所述处理器还可与所述显示器协作以基于所述输入装置来选择性地改变所述参考标记之间的间隔。在某些实施例中，所述参考标记中的至少某些参考标记之间的间隔可为非均匀和/或非线性的。可使用所述输入装置来选择参考标记。因此，所述3D地理空间图像可包括至少一个多边形，且所述处理器可基于选择与所述至少一个多边形相关联的参考标记的顺序来确定所述至少一个多边形的定向。

此外，所述处理器可基于所述输入装置而与所述3D地理空间图像一起选择性地显示所述多个参考标记。例如，如果所述输入装置是键盘，则在按下给定键时所述处理器可显示所述参考标记，并在释放所述给定键时从所述显示器移除所述参考标记。

三维(3D)地理空间图像显示方法方面可包括将3D地理空间图像与其中的多个间隔开的参考标记一起显示在显示器上。所述参考标记可具有指示所述3D地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性。所述方法可进一步包括将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联。

附图说明

图1是根据本发明的示范性地理信息系统(GIS)的示意性方框图。

图2是根据本发明具有参考标记的3D图像的样本显示，其具有选择性地显示的位置数据。

图3是显示一对参考标记之间的距离且在参考标记之间具有不同间隔的图2的3D图像的样本显示。

图4是显示从所述图像中的地表面到参考标记的垂直参考线和相关联的高度的图2的3D图像的样本显示。

图5是图2的3D图像的样本显示，其采用具有不同颜色的参考标记的替代性实施例以指示所述图像内的不同相对位置。

图6是根据木发明包括半透明球形参考标记的另一3D图像的样木显示。

图7是说明根据本发明的3D地理空间图像显示方法的样本显示。

具体实施方式

现将在下文参考附图更全面地描述本发明，附图中展示本发明的优选实施例。然而，本发明可以许多不同形式实施，而不应解释为限于本文所述的实施例。实际上，所提供的这些实施例是为了使得此揭示内容将更为详尽和完整，并将把本发明的范围全面地传达给所属领域的技术人员。全篇中相同数字指代相同元件，并使用撇和多撇符号来指示替代性实施例中的类似元件。

首先参考图1，地理信息系统(GIS)20说明性地包括显示器21、GIS(或其它3D图像)数据库22和处理器23(例如，计算机CPU)。此外，将输入装置(例如鼠标24和键盘25)连接到处理器23，以允许用户与显示在所述显示器21上的数据互动并操纵所述数据(例如图像数据)。所属领域的技术人员将明白，还可使用其它输入装置，例如操纵杆(未图示)。

一般来说，所述处理器23与所述显示器21和所述GIS数据库22协作，以将存储在所述GIS数据库中的三维(3D)地理空间图像连同其中的多个间隔开的参考标记30a-30l一起显示。在图2-5中，所述3D图像仅是地面(例如，地体)表面或栅格，使得可更容易地识别所述参考标记30a-30l。此外，所述参考标记30a-30l在这些实施例中是球体，但还可使用其它几何形状或标记。

所述参考标记30a-30l有利地具有指示所述3D空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性，以帮助用户更轻易地区分对象顶点、边界、海拔等在一图像内的相对位置。举例来说，在图2-4中，所述参考标记30a-30l的不同视觉特性是其不同的相对尺寸。例如，在前景中的参考标记30a比在背景中的参考标记30l更大，其向用户指示所述参考标记30a相对于所述用户观看3D图像的特定角度“更近”(即，离用户的有利点更近)。

除尺寸外的其它视觉特性也可用于帮助以视觉方式向用户指示参考标记在图像内的相对位置。例如，在图5所示的替代性实施例中，参考标记30a′-30i′具有不同颜色(以不同灰阶阴影来说明)以指示其在图像内的相对位置。在此实例中，更暗颜色的参考标记出现于前景中，而随着所述标记变得离用户的有利点更远，其颜色变得更亮，但还可使用其它布置。所属领域的技术人员将明白，在某些实施例中，颜色与尺寸均可用于指示在图像内的相对位置。此外，可基于从地表面31的海拔(在地理参考情形中)或者更一般地是基于离预定义的点或表面的距离，来色化各个参考标记。

所述处理器23还可有利地将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联。因此，在特定城市或其它位置的3D地理空间图像的情况下，其中所述图像中的点是参考所述特定城市的实际纬度、经度和/或高度/海拔坐标等，所述处理器24将基于每一参考标记30a-30l在所述图像内的位置而将各自位置数据与每一参考标记30a-30l相关联，如所属领域的技术人员将了解。当然，对于除GIS以外的应用(例如，架构设计应用、数字设计建模工具等)，所述位置数据可是基于比例等而参考一场景中的特定对象，如所属领域的技术人员将了解。

具体来说，当用户选择给定参考标记时，处理器23可致使显示器21显示与给定参考标记30相关联的位置数据。在图2所说明的实例中，用户已通过将鼠标光标32移动成指向参考标记30a来选择所述参考标记30a，其致使处理器产生弹出窗口33，从而显示与此特定参考标记相关联的纬度、经度和高度/海拔坐标。在其它情况下，例如，可通过按压给定的鼠标按钮或键盘键来执行选择。此外，如果需要，可显示给定参考标记的当前坐标并在参考标记的密度改变时对其进行实时更新，下面将进一步论述。

还可使用鼠标24在一对参考标记30a与30g之间绘制线34，参见图3。这可通过仅选择第一参考标记(此处是参考标记30a)来完成，例如通过在鼠标指针32指向所述参考标记时点击鼠标按钮并接着将线34拖曳到第二参考标记30g并释放所述鼠标按钮。当然，还可使用其它方法来选择和/或绘制参考标记之间的线，如所属领域的技术人员将了解。所述处理器23还可显示弹出窗口33，其在此实例中显示两个参考标记之间的距离(即2m)。此特征可能对于城市规划者等尤其有利，这些人需要确定(例如)从3D场景(例如建筑物顶部)内的一点到另一点(例如，另一建筑物的顶部)的距离。

另一类似特征在于，可使用鼠标24(或键盘25或其它适当的输入装置)来选择给定参考标记30a，以便使处理器23可致使在选择给定标记后便在地表面与给定参考标记之间绘制垂直参考线35，参见图4。即，垂直参考线35提供有用的参考来让用户确定将直接位于给定参考标记30a下的地表面31定位在何处。此外，还可通过处理器23在显示器21上产生弹出窗口，其指示地表面31与给定参考标记30a之间的距离(在此是5m)。

所述参考标记可为半透明的几何对象，例如半透明球体30″，(例如)如图6所示。具体来说，所说明的实例中的球体30″描绘在对象40上的点，所述对象40可能是建筑物(即人造结构)、高地等。当给定参考标记与对象40交叉时，处理器23可有利地仅显示给定参考标记在对象以外的那些部分(如图所示)，以进一步帮助用户了解对象的相对位置和边界而不会混淆对象本身。

处理器23还可致使显示器21基于输入装置中的一个装置来选择性地改变参考标记30a-30l之间的间隔。例如，处理器23可基于鼠标24的滚轮来改变参考标记30a-30l的间隔(即密度)，此可与按压键盘25上的特定键(例如，CTRL键)组合来完成。因此，用户能够快速且方便地将参考标记30a-30l的间隔改变为适合用户工作中所采用的特定图像或缩放水平。当然，如果需要，还可随着用户改变缩放水平而自动更新参考标记密度。

处理器23还可与3D地理空间图像一起选择性地显示参考标记30a-30l，即仅在用户请求时将其显示出来。例如，此可基于输入装置中的一个装置(例如键盘25)来完成。更明确地说，可将键盘25上的特定键指派用于在用户将其按压或向下压时致使处理器23显示参考标记30a-30l(例如，空格键)，并接着在用户释放所指定的键时“隐藏”参考标记。当然，可使用其它方法来指令处理器23显示参考标记30a-30l(以及执行上述各种功能)，例如下拉式菜单项目、按钮条上的按钮等，如所属领域的技术人员将了解。

现在将参考图7描述三维(3D)地理空间图像显示方法方面。在方框70处开始，所述方法说明性地包括将3D地理空间图像与多个间隔开的参考标记30a-30l一起显示在显示器21上(方框72处)。如上面所提到，参考标记30a-30l优选具有指示三维地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性(例如，尺寸、颜色等)。

所述方法可进一步包括将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联(方框74处)，如上文进一步论述。处理器23接着与鼠标24和/或键盘25协作以确定何时选择给定参考标记30(方框76处)。当此举发生时，处理器23接着执行适当的动作，例如显示与给定参考标记30相关联的各自位置数据(方框78处)，如上面所提到，因此结束所说明的方法(方框80)。

在不同情况或实施方案中，可将参考标记30a-30l扩展到跨越全部可见场景(即视平截体(view frustum))或者仅跨越所述场景的部分。此外，还可有利地使用参考标记30a-30l将预定义的对象放置在3D场景中，或者(例如)通过连续选择标记来定义全新的对象。优选的是，参考标记30a-30l的栅格或矩阵将默认为具有规则间隔。然而，可使用额外的可由用户或背景定义的参数来自动增加特定区域中的球体密度，从而致使栅格密度动态增加与减小成在整个栅格范围均是非均匀或甚至非线性，如所属领域的技术人员将了解。

现在将说明计算机系统20的一个示范性实施例的操作细节以提供进一步的理解。在整个图像场景或其某一部分上，键盘25的空格键引入(即，覆盖)参考标记30a-30l(即球体)的矩阵，其尺寸经调节而与背景匹配。可使用键盘25和/或操纵杆在场景中四处移动相机视角。此外，鼠标24上的滚轮动态地增加/减小矩阵密度(即，球体间的间隔)。视情况，动态栅格密度调节不一定需要在整个矩阵/栅格上是均匀的或线性的，如上面所提到。

每次在鼠标指针32在可选择的参考球体上移动时，(a)如果在球体下有地表面部分，则向地面31自动绘制笔直的垂直参考线35，以精确显示球体位于哪一地面点上，以及(b)如果场景在GIS背景中(即，具有一原点)，则优选展示给定球体的纬度/经度/高度坐标，即使下面不存在地面。视情况，可基于离特定点的高度/海拔或距离来色化球体(在场景侧上显示适当的彩色条图例)。此外，通过点击给定球体，可选择所述球体并在选择一个以上球体的情况下视情况关闭多边形(或体积印刷，如颁给吉特列兹(Gutierrez)等人的第6,915,310号美国专利所论述，该专利转让给本受让人，且其全部内容以引用方式并入本文中)。在简并的多边形的情况下，两个选定球体形成一条线，如所属领域的技术人员将了解。

上述计算机系统20和方法可提供若干优点。例如，其可相对较快地且在用户所需要的操作极少的情况下提供完整的3D背景，以及针对场景中的任何3D点而提供GIS(纬度/经度/高度)背景。此外，可基于离一点或对象的距离来提供径向色化或基于离表面(例如，地面)的距离来提供平面色化。其它优点可包括动态密度校准以及动态密度校准中的非均匀性(即，可将感兴趣的区域调节成具有比矩阵的其余部分更高的密度)。此外，可视情况从用户选择球体的顺序中自动推导出多边形定向(即，计算机图形术语中的缠绕，其用于确定多边形是面朝正面还是面朝背面)。

Claims

1.一种地理信息系统(GIS)，其包含：

显示器；

GIS数据库；以及

处理器，其与所述显示器和所述GIS数据库协作以显示其中包括多个间隔开的参考标记的三维(3D)地理空间图像，所述参考标记具有指示所述3D地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性；

所述处理器还将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联。

2.根据权利要求1所述的GIS，其中所述不同视觉特性包含不同尺寸。

3.根据权利要求1所述的GIS，其中所述不同视觉特性包含不同颜色。

4.根据权利要求1所述的GIS，其进一步包含连接到所述处理器的输入装置，且其中所述处理器基于所述输入装置选择性地显示用于给定参考标记的位置数据。

5.根据权利要求1所述的GIS，其进一步包含与所述处理器协作以在一对参考标记之间绘制线的输入装置；且其中所述处理器与所述显示器协作以基于所述线显示所述对参考标记之间的距离。

6.一种三维(3D)地理空间图像显示方法，其包含：

将所述3D地理空间图像与其中的多个间隔开的参考标记一起显示在显示器上，所述参考标记具有指示所述3D地理空间图像内的不同相对位置的不同视觉特性；

以及

将可选择性地显示的位置数据与每一参考标记相关联。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述不同视觉特性包含不同尺寸与不同颜色中的至少一者。

8.根据权利要求6所述的方法，其进一步包含：

在一对参考标记之间绘制线；以及

基于所述线显示所述对参考标记之间的距离。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述3D地理空间图像包含地表面；且进一步包含：

从所述地表面上的所述多个参考标记中选择给定参考标记；以及

在选择所述给定参考标记后在所述地面与所述给定参考标记之间绘制垂直参考线。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述参考标记包含半透明的几何对象。