Un sistema para proporcionar navegación visual tridimensional para una unidad móvil (200),

comprendiendo elsistema:

una unidad (35) de cálculo del emplazamiento, para calcular una posición instantánea de la unidad móvil(200);

una unidad (45) de control del punto de visión para determinar un cono truncado de visión (15, 16) en basea la posición de la unidad móvil (200);

un gestor (55) de grafos de escena, en comunicación por lo menos con una base de geo-datos (61, 62),obteniendo el gestor (55) de grafos de escena datos de objetos geográficos asociados con el cono truncadode visión (15, 16) a partir de, por lo menos, dicha base de geo-datos (61, 62), y generando un grafo deescena que organiza los datos de objetos geográficos obtenidos; y

un dispositivo de renderización de grafos de escena para renderizar gráficamente el grafo de escena comouna representación tridimensional en tiempo real, en el que la unidad (35) de cálculo del emplazamientocalcula además una orientación instantánea de la unidad móvil (200),

caracterizado por un módulo (52) de cálculo de ruta que incluye información asociada con una ruta seleccionada, elmódulo (52) de cálculo de ruta proporcionando información de ruta a la unidad (45) de control del punto de visión, detal manera que la unidad (45) de control del punto de visión puede, en un modo de funcionamiento deprevisualización, modificar el cono truncado de visión (15, 16) en base a la información de ruta.

Sistema y método de visualización en 3D avanzada para unidades de navegación móviles

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a sistemas de navegación visual, y se refiere más en concreto a un sistema y un método para la representación visual de datos con referencia geográfica para navegación móvil, que incluye un método jerárquico para la carga a petición de objetos gráficos de marca de referencia, y un método para la síntesis de imágenes multirresolución para representar de manera más eficiente y precisa entornos geográficos locales.

INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES

Utilizar software de gráficos por ordenador para renderizar visualmente y de manera precisa el aspecto de un entorno geográfico local que está en la visión de un observador fijo (desde un punto de visión concreto elegido por el observador) es en sí mismo un reto, debido a las dificultades involucradas en la simulación precisa de las diversas texturas y los diversos detalles geográficos de una escena, además de los problemas de reconstrucción de una escena en función del punto de visión del observador. Sin embargo, los sistemas modernos de navegación visual que están actualmente siendo desarrollados exigen mucho más del software de gráficos: simular con precisión el entorno visual de un observador en movimiento, para servir como ayuda a la navegación. Obviamente, utilizar software de renderización para representar en tiempo real el entorno geográfico local de un observador en movimiento, tal como un conductor en un vehículo, es mucho más difícil que renderizar el entorno de un observador estático, debido a que cuando cambia el emplazamiento del observador, cambian los objetos geográficos comprendidos dentro de su horizonte de visión y el aspecto de estos objetos, lo que requiere un mecanismo de actualización continua mediante el cual nuevos objetos gráficos ("puntos de interés" locales) , texturas, características y vistas y otros datos de referencia puedan ser descargados rápidamente para renderizar con precisión y proporcionar información relativa a al entorno local navegado, en tiempo real.

Algunos sistemas de navegación visual actualmente en uso proporcionan visualizaciones tridimensionales de entornos reales en función de entradas de usuario, pero estos sistemas no soportan navegación móvil, y por lo tanto no proporcionan aplicaciones de guía de ruta para ayuda a la navegación, o están limitados en términos del punto de visión renderizable o de las características geográficas que pueden ser visualizadas.

Por lo tanto, lo que se necesita es un sistema de visualización para unidades móviles, tales como sistemas de navegación para vehículos de motor o asistentes digitales personales (PDAs, personal digital assistants) , que rendericen de manera realista el entorno de un observador móvil con un nivel elevado de detalles para cualquier punto de visión, y que proporcionen asimismo ayudas a la navegación, tal como una guía de ruta e información de referencia relativa a los objetos visualizados.

El documento US 6 199 014 B1 describe un sistema y un método para proporcionar instrucciones de navegación, que incluyen representaciones de fotografías de emplazamientos geográficos a lo largo de la ruta a recorrer. La información geográfica y la información fotográfica son almacenadas en bases de datos; la información fotográfica incluye representaciones de fotografías de emplazamientos geográficos reales. Son almacenadas asimismo las coordenadas de cada emplazamiento fotografiado. Cada una de las representaciones de fotografías es emparejada con la información geográfica, asociando de ese modo la fotografía con información geográfica relativa al emplazamiento representado en la misma. Los puntos de inicio y de destino, la información geográfica y la información fotográfica son procesados para determinar una ruta para viajar hasta el punto de destino. Se generan instrucciones de navegación para recorrer la ruta, que incluyen representaciones de fotografías. Las instrucciones de navegación y las representaciones fotográficas de los emplazamientos geográficos son entregadas en una secuencia, proporcionando de ese modo una secuencia de direcciones y representaciones fotográficas de emplazamientos geográficos, a lo largo de la ruta.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Para satisfacer las necesidades indicadas anteriormente, la presente invención da a conocer un sistema para proporcionar navegación visual tridimensional para una unidad móvil, que incluye una unidad de cálculo del emplazamiento para calcular una posición instantánea de la unidad móvil, una unidad de control del punto de visión para determinar un cono truncado de visión en base a la posición instantánea de la unidad móvil, un gestor de grafos de escena en comunicación, por lo menos, con una base de geo-datos, que obtiene datos de objetos geográficos, asociados con el cono truncado de visión a partir, por lo menos, de dicha base de geo-datos y genera un grafo de escena que organiza los datos de objetos geográficos obtenidos, y un dispositivo de renderización de grafos de escena que renderiza gráficamente los grafos de escena como una descripción tridimensional en tiempo real.

Para mejorar el realismo de la descripción, la presente invención da a conocer un método para mezclar imágenes de diferentes resoluciones, correspondientes al cono truncado de visión, a efectos de reducir las inhomogeneidades y los cambios abruptos en la representación resultante, que de lo contrario se producirían cuando la unidad móvil se aproxima a la zona geográfica representada o se aleja de la misma.

Además, para incrementar la eficiencia de la visualización de la navegación, la presente invención describe asimismo estructuras de datos para el almacenamiento y el acceso en tiempo real de información relacionada con objetos de marca de referencia geográfica o POIs (Points of Interest, puntos de interés) . Las estructuras de datos pueden permitir la carga de los objetos a petición, en base al cono truncado de visión y/o a una petición del usuario. Las estructuras de datos pueden minimizar el tiempo de carga, la utilización de la memoria, los requisitos de procesamiento y los recursos de renderización de la representación, mediante permitir al sistema cargar dinámicamente, a petición, solamente aquellos objetos que son visibles y/o que interesan al usuario de la unidad móvil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1a es una ilustración esquemática del cono truncado de visión del observador, de acuerdo con una primera orientación.

La figura 1b es una ilustración esquemática de un cono truncado de visión, de acuerdo con una orientación ligeramente modificada respecto a la ilustración mostrada en la figura 1a.

Figura 2a es una renderización tridimensional a modo de ejemplo, de un entorno metropolitano en una vista de helicóptero, de acuerdo con el emplazamiento actual de la unidad móvil, proporcionada por la presente invención.

La figura 2b es una renderización de una vista de helicóptero tridimensional, del entorno de la figura 2a después de que la unidad móvil se ha desplazado cierta distancia a lo largo de la ruta mostrada.

La figura 2c es una renderización de una vista de helicóptero tridimensional, del entorno de la figura 2a y la figura 2b después de que la unidad móvil se ha desplazado más a lo largo de la ruta mostrada.

La figura 3 muestra el sistema de navegación visual acorde con un ejemplo de realización de la presente invención.

La figura 4a muestra una representación abstracta de los objetos de marca de referencia dispersos geográficamente en un área bidimensional.

La figura 4b muestra una estructura de tipo árbol que representa la división espacial del área limitada de la figura 4a y la posición de los objetos de marca de referencia comprendidos en el área limitada.

La figura 5a muestra una representación abstracta a modo de ejemplo, de un área bidimensional limitada geográficamente de un sistema de navegación, que muestra la relación anidada entre cajas límite y baldosas.

La figura 5b muestra una estructura jerárquica de tipo árbol que representa la relación anidada de las cajas límite de la figura 5a.

La figura 6a muestra una representación a modo de ejemplo, del diseño físico del... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para proporcionar navegación visual tridimensional para una unidad móvil (200) , comprendiendo el sistema:

una unidad (35) de cálculo del emplazamiento, para calcular una posición instantánea de la unidad móvil (200) ;

una unidad (45) de control del punto de visión para determinar un cono truncado de visión (15, 16) en base a la posición de la unidad móvil (200) ;

un gestor (55) de grafos de escena, en comunicación por lo menos con una base de geo-datos (61, 62) , obteniendo el gestor (55) de grafos de escena datos de objetos geográficos asociados con el cono truncado de visión (15, 16) a partir de, por lo menos, dicha base de geo-datos (61, 62) , y generando un grafo de escena que organiza los datos de objetos geográficos obtenidos; y

un dispositivo de renderización de grafos de escena para renderizar gráficamente el grafo de escena como una representación tridimensional en tiempo real, en el que la unidad (35) de cálculo del emplazamiento calcula además una orientación instantánea de la unidad móvil (200) ,

caracterizado por un módulo (52) de cálculo de ruta que incluye información asociada con una ruta seleccionada, el módulo (52) de cálculo de ruta proporcionando información de ruta a la unidad (45) de control del punto de visión, de tal manera que la unidad (45) de control del punto de visión puede, en un modo de funcionamiento de previsualización, modificar el cono truncado de visión (15, 16) en base a la información de ruta.

2. El sistema acorde con la reivindicación 1, que comprende además:

un detector (40) de la posición; y

un detector de la orientación;

en el que la unidad (35) de cálculo del emplazamiento calcula la posición y la orientación de la unidad móvil

(200) en base a las señales generadas en el detector (40) de la posición y el detector de la orientación.

3. El sistema acorde con la reivindicación 2, en el que el detector (40) de la posición incluye un receptor GPS.

4. El sistema acorde con la reivindicación 3, en el que el detector (40) de la posición incluye un dispositivo de detector inercial.

5. El sistema acorde con la reivindicación 1, que comprende además:

un módulo (50) de entrada de usuario, proporcionando el módulo (50) de entrada de usuario selecciones de usuario a la unidad (45) de control del punto de visión, para modificar el funcionamiento de la unidad (45) de control del punto de visión.

6. El sistema acorde con la reivindicación 5, en el que la unidad (45) de control del punto de visión determina el cono truncado de visión (15, 16) de acuerdo con uno de los siguientes modos de visión seleccionables:

(a) una vista de helicóptero;

(b) el emplazamiento del punto de visión coincide con la posición de la unidad móvil (200) ; y

(c) la orientación y el emplazamiento del punto de visión coinciden con la posición y la orientación de la unidad móvil (200) .

7. El sistema acorde con la reivindicación 1, en el que el grafo de escena incluye, por lo menos, uno entre mapas de carretera digitales, imágenes por satélite y modelos digitales de elevación.

8. El sistema acorde con la reivindicación 7, en el que el grafo de escena incluye imágenes por satélite de varias resoluciones.

9. El sistema acorde con la reivindicación 1, en el que el gestor (55) de grafos de escena utiliza un método jerárquico para la carga a petición de datos de objetos geográficos, utilizando el modelo jerárquico estructuras de datos definidas, para acceder eficientemente a los datos de objetos geográficos pertinentes para el cono truncado de visión (15, 16) determinado.

10. El sistema acorde con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende, por lo menos una base de geo-datos (61, 62) .

11. El sistema acorde con la reivindicación 10, que comprende:

por lo menos una base de geo-datos (61, 62) especializada, almacenando dicha, por lo menos, una base de geo-datos (61, 62) especializada datos de objetos geográficos para permitir la navegación visual en tiempo real de una zona geográfica;

un módulo de comunicación, comunicando el módulo de transmisión con la unidad móvil (200) y proporcionando acceso a los datos almacenados dentro de dicha, por lo menos, una base de geo-datos (61, 62) .

12. El sistema acorde con la reivindicación 11, en el que dicha, por lo menos, una base de geo-datos (61, 62) especializada almacena, por lo menos, uno entre imágenes por satélite, texturas de edificios, modelos de elevación digital y bases de datos de mapas de carretera.

13. El sistema acorde con la reivindicación 10, en el que el gestor (55) de grafos de escena utiliza un método jerárquico para la carga a petición de datos de objetos geográficos desde dicha, por lo menos, una base de geodatos (61, 62) , utilizando el método jerárquico estructuras de datos definidas, para acceder eficientemente a los datos de objetos geográficos pertinentes para el cono truncado de visión (15, 16) determinado.

14. El sistema acorde con la reivindicación 10, que comprende además:

un módulo (52) de cálculo de ruta que incluye información asociada con una ruta seleccionada, el módulo (52) de cálculo de ruta proporcionando información de ruta a la unidad (45) de control del punto de visión, de tal manera que la unidad (45) de control del punto de visión puede, en un modo de funcionamiento de previsualización, modificar el cono truncado de visión (15, 16) en base a la información de ruta.

15. Un método de navegación visual tridimensional en una unidad móvil (200) , con las etapas de: calcular una posición instantánea de la unidad móvil (200) ; determinar un cono truncado de visión (15, 16) en base a la posición de la unidad móvil (200) ; obtener datos de objetos geográficos asociados con el cono truncado de visión (15, 16) desde, por lo

menos, una base de geo-datos (61, 62) , caracterizado por

generar un grafo de escena que organiza los datos de objetos geográficos obtenidos; y

renderizar gráficamente el grafo de escena como una representación tridimensional en tiempo real, seleccionando una ruta de viaje; y

modificar el cono truncado de visión (15, 16) utilizando información de ruta correspondiente a la ruta de viaje.

16. El método acorde con la reivindicación 15, que comprende además: modificar el cono truncado de visión (15, 16) en base a entradas de usuario.

17. El método acorde con la reivindicación 15, que comprende además:

definir estructuras de datos para acceder eficientemente a los datos de objetos geográficos pertinentes para el cono truncado de visión (15, 16) determinado.

18. El método acorde con la reivindicación 15, en el que el grafo de escena incluye, por lo menos, uno entre mapas de carretera digitales, imágenes por satélite y modelos digitales de elevación.