用于基于用户选择的视点选择性地检索并显示地理空间纹理数据的地理空间数据系统及相关方法

摘要

本发明揭示一种地理空间数据系统(30)，其可包括至少一个地理空间数据库，所述数据库含有三维(3D)地理空间结构数据及与所述地理空间3D结构数据相关联的地理空间纹理数据。所述系统还可包括至少一个地理空间数据存取装置(32)，且所述装置(32)包含显示器(34)及与其协作以用于与所述至少一个地理空间数据库远程通信的处理器(35)，以基于所述3D结构数据及与其相关联的所述地理空间纹理数据在所述显示器上检索并显示场景。所述地理空间数据存取装置(32)可进一步包含与所述处理器(35)协作以用于准许用户选择所述显示器(34)上的所述场景内的视点(POV)的至少一个用户输入装置(38)，其中所述POV确定所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的显露部分及模糊部分。所述处理器(35)可基于所述显露部分而非所述模糊部分选择性地检索地理空间纹理数据。

说明书

技术领域

本发明涉及建模系统领域，且更特定来说涉及地理空间建模系统及相关方法。

背景技术

地理区域的地形模型可用于许多应用。举例来说，地形模型可用于飞行模拟器中及用于规划军事任务。此外，人造结构(例如，城市)的地形模型可在例如蜂窝天线放置、城市规划、灾难准备与分析及制图(举例来说)等应用中有极大帮助。

目前使用各种类型及用于制作地形模型的方法。一种常见地形模型是数字高程图(DEM)。DEM是地理区域的经取样矩阵表示，其可由计算机以自动化方式产生。在DEM中，制作坐标点以与高度值对应。DEM通常用于建模其中不同高程(例如，山谷、山脉等)之间的过渡从一个高程到下一高程通常平滑的地域。也就是说，DEM通常将地域建模为多个弯曲表面且因此“平滑”其之间的任何不连续性。因此，在典型的DEM中，地域上不存在明显的对象。

一种特别有利的3D地点建模产品是来自本受让人哈里斯公司(Harris Corp.)的可用于记录所关心地理区域的重叠图像，且使用立体与最低点视图技术抽取高分辨率DEM。提供用于制作具有准确的纹理及结构边界的地理区域(包括城市)的三维(3D)地形模型的半自动过程。此外，模型在地理空间上较准确。也就是说，所述模型内任何给定点的位置以非常高的准确性对应于所述地理区域中的实际位置。用于产生模型的数据可包括航空及卫星照片、电光、红外及光检测及与测距(LIDAR)。

用于产生3D地点模型的另一有利方法阐明于颁发给拉姆斯(Rahmes)等人的美国专利第6,654,690号中，所述专利也受让予本受让人且其全文在此以引用方式并入本文中。此专利揭示用于基于随机间隔的高程对位置数据制作区域(包括其上的地域及建筑物)的地形模型的自动化方法。所述方法包括：处理所述随机间隔的数据以产生依从于预定位置网格的高程对位置的网格化数据；处理所述网格化数据以区分建筑物数据与地域数据；及针对所述建筑物数据执行多边形抽取以制作所述区域(包括其上的地域及建筑物)的地形模型。

然而，地形模型不再专供先进的建模系统(例如，上文所论述的那些建模系统)使用。各种因特网服务提供商(例如，Google^TM及)正指望经由因特网提供对3D地形模型的存取，所述3D地形模型尽可能真实地向用户显示城市或位置如何。此可有利地帮助增加用户对给定区域的认识且提供探索性环境。此类公司力求提供更易于使用、更真实且最终更有用的环境。改善用户体验涉及在更好的地域、更高详细程度的城市/建筑物模型以及地域及建筑物的更高分辨率图像方面提高3D环境的质量。

然而，一个显著挑战是，尽管地域及模型在其几何图形或结构方面相当小，但用于增强基本模型的图像及纹理通常非常大。经由(例如)在多数公司网络中找到的高速网络，从局域网服务器下载模型及纹理相对快且因此不特别成问题。然而，由于相对有限的可用带宽，经由因特网下载这些数量的数据可极慢且显著损伤用户体验。

当前，存在若干种网络使能的3D查看器，其准许用户从网络或因特网服务器查看模型。这些查看器包括Google^TM地球、虚拟地球及NASA世界风。所有查看器共享以某一变化的纹理化地域程度查看未经纹理化的建筑物模型的能力。经纹理化的模型往往是非常初步的。虚拟地球尝试在其模型上施加纹理，但延迟可过长而变得为用户所不可接受。

已开发用于远程存取地域数据的各种方法。一个实例阐明于颁发给亚隆(Yaron)等人的美国专利第6,496,189号中。此专利揭示一种向再现器提供描述三维地域的数据块的方法。所述数据块属于分层结构，所述分层结构在多个不同分辨率层包括块。所述方法包括：从所述再现器接收所述地域中的一个或一个以上坐标连同相应分辨率层的指示；从本地存储器给所述再现器提供包括对应于所述坐标的数据的第一数据块；及在从所述本地存储器提供的块不在所述所指示的分辨率层的情况下从远程服务器下载包括对应于所述坐标的数据的一个或一个以上额外数据块。尽管存在此类方法，但可需要用于远程检索并显示大量地理空间数据的进一步进步。

鉴于前述背景，因此本发明的目标是提供用于有效地检索并显示地理空间数据的系统及相关方法。

发明内容

此及其它目标、特征及优势由地理空间数据系统提供，所述系统可包括含有三维(3D)地理空间结构数据且还含有与所述地理空间3D结构数据相关联的地理空间纹理数据的至少一个地理空间数据库。所述系统可进一步包括至少一个地理空间数据存取装置，所述装置可包含显示器及与其协作以用于与所述至少一个地理空间数据库远程通信的处理器，以基于所述3D结构数据及与其相关联的所述地理空间纹理数据在所述显示器上检索并显示场景。此外，所述至少一个地理空间数据存取装置可进一步包含与所述处理器协作以用于准许用户选择所述显示器上的所述场景内的视点(POV)，其中所述POV确定所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的显露部分及模糊部分。此外，所述处理器可有利地基于所述显示器上的所述场景内的所述3D地理空间结构的所述显露部分而非所述模糊部分选择性地检索地理空间纹理数据。

更特定来说，所述至少一个地理空间数据库中所含有的地理空间纹理数据在连续加性分辨率层中可检索，且所述处理器因此可在所述显示器上的所述场景中的连续加性分辨率层中检索并显示所述地理空间纹理数据。此外，所述处理器可按所述显示器上的所述场景内的不同3D地理空间结构排定相关联地理空间纹理数据的连续加性分辨率层的检索及显示的优先等级。通过举例的方式，所述处理器可基于所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的相对距离排定优先等级。此外，所述处理器可基于所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的不同相对区域排定优先等级。

所述地理空间数据系统可进一步包含将所述至少一个地理空间数据库与所述地理空间数据存取装置耦合的通信信道。所述通信信道可具有不足以在预定时间内载送所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的所有相关联地理空间纹理数据的容量。通过举例的方式，所述通信信道可包含因特网。另外，所述至少一个地理空间数据库与所述至少一个地理空间数据存取装置可使用串流化的基于小波的图像压缩协议(例如，JPEG 2000交互式协议(举例来说))通信。

相关的理空间数据存取方法方面可包括将3D地理空间结构数据及与所述地理空间3D结构数据相关联的地理空间纹理数据存储于至少一个地理空间数据库中。所述方法可进一步包括从所述至少一个地理空间数据库远程检索所述3D结构数据及与其相关联的所述地理空间纹理数据。另外，基于所述所检索的3D结构数据及与其相关联的所述地理空间纹理数据且还基于对显示器上的场景内的视点(POV)的用户选择在所述显示器上显示所述场景，其中所述POV确定所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的显露部分及模糊部分。特定来说，远程检索可进一步包含基于所述显示器上的所述场景内的所述3D地理空间结构的所述显露部分而非所述模糊部分选择性地检索地理空间纹理数据。

还提供一种相关计算机可读媒体，其具有：用于致使计算机执行包括以下各项的步骤的计算机可执行指令：从至少一个地理空间数据库远程检索三维(3D)结构数据及与其相关联的地理空间纹理数据；及基于所述所检索的3D结构数据及与其相关联的所述地理空间纹理数据且还基于对显示器上的场景内的视点(POV)的用户选择来在所述显示器上显示所述场景。所述POV可有利地确定所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的显露部分及模糊部分。远程检索可进一步包含基于所述显示器上的所述场景内的所述3D地理空间结构的所述显露部分而非所述模糊部分选择性地检索地理空间纹理数据。

附图说明

图1是根据本发明的地理空间数据系统的示意性框图。

图2及图3是用于JPEG 2000实施方案的图1地理空间数据系统的更详细示意性框图。

图4是图解说明图1的系统的渐进纹理数据再现的一系列地理空间纹理图像。

图5A到图5C也是图解说明图1的系统的渐进纹理数据再现的另一系列地理空间纹理图像。

图6是图解说明本发明的方法方面的系统流程图。

图7是图1的系统的替代实施例的示意性框图。

具体实施方式

现在，将在下文中参照显示本发明优选实施例的附图更全面地地描述本发明。然而，本发明可体现为许多不同形式，且不应视为限于本文所阐明的所述实施例。而是，提供这些实施例以使得本揭示内容将是透彻且完整的，且将本发明的范围完全传达给所属领域的技术人员。通篇中，相似的编号代表相似的元件，且使用带撇号的符号来指示替代实施例中的类似元件。

首先参照图1到图6，现在描述地理空间数据系统30及相关联方法。系统30说明性地包括一个或一个以上地理空间数据存储装置31，所述装置含有三维(3D)地理空间结构数据且还含有与所述地理空间3D结构数据相关联且在连续加性分辨率层中可检索的地理空间纹理数据。如本文中所使用，“结构”数据包括人造(例如，建筑物、桥梁等)数据，且所述3D地理空间结构数据可采用DEM的形式，例如，平铺式不规则三角测量网(T-TIN)(举例来说)。所述地理空间纹理数据可以是光学(即，图像)数据(举例来说)，其用于覆盖或纹理化所述DEM等，以使所述图像看起来更真实，如所属领域的技术人员将了解。在图2的实例中，地理空间数据存储装置31实施于因特网模型库服务器39中，如所属领域的技术人员将了解。

所述系统进一步说明性地包括一个或一个以上地理空间数据存取装置32，所述装置用于(例如)经由广域网33远程存取地理空间数据存储装置31，广域网33在所图解说明的实施例中是因特网。地理空间存取装置32说明性地包括显示器34及处理器35，例如，个人计算机(PC)或麦金托什(Macintosh)计算机(举例来说)的中央处理单元(CPU)，但也可使用其它类型的处理器(工作站、个人数字助理(PDA)装置、膝上型计算机等)。在图2中所图解说明的实例中，地理空间存取装置32是因特网使能的装置。

一般来说，处理器35运行与显示器34协作以用于与地理空间数据存储装置31远程通信的查看器程序60，以基于3D结构数据及与其相关联的地理空间纹理数据在所述显示器上检索并显示场景。如上文所论述，当经由相对有限的带宽通信信道(例如，因特网)(举例来说，与局部高速网络连接相比)检索大量地理空间纹理数据时，此可使地理空间场景或模型在显示器34上的再现对于用户来说非常繁琐且令人懊恼。换句话说，所述通信信道(例如，因特网)可具有不足以在预定时间(即，处理器35原本可再现所述场景的时间)内载送显示器34上的场景内的3D地理空间结构的所有相关联地理空间纹理数据的容量。

通常，3D地理空间结构数据的传送将因其文件大小较小(例如，大约为千字节)而相对较快，且因此可在从地理空间数据存取装置32请求时大致即刻发送并显示。另一方面，地理空间纹理数据可大约为若干兆字节或更大(举例来说)，此延迟几何图形的再现且处理器35以其它方式等待直到检索所有数据以开始再现过程。

不是通过降低分辨率或使用可提供假或误导图像的较小大小的合成纹理来损害地理空间纹理数据(且因此损害最终的图像)，可有利地在连续加性分辨率层36a到36d中检索并显示地理空间纹理数据(即，在层中将其“串流化”)。此可有利地使用户体验更具交互性，因为当用户驶过地理空间模型/场景时模型纹理渐进性地锐化，如所属领域的技术人员将了解。

更特定来说，在过去若干年中，已建立并标准化称作JPEG 2000的基于小波的图像压缩技术，其减少给定图像所需要的数据。本规范的章节实现图像串流化，所述图像串流化在本规范的第9部分下称作JPEG 2000交互式协议(JPIP)，其全文在此以引用方式并入本文中。在卫星图像市场中，此技术可允许用户经由慢至16kB/秒的连接有效地浏览大小为若干千兆字节的图像。

申请者已发现，如果将JPIP技术应用于模型纹理，那么此通过减少以变化的分辨率纹理化模型所必需的数据量有效地增强用户体验。串流化纹理是与当前下载全分辨率纹理(或具有变化的分辨率的多个纹理)的方法不同的方法，其利用上述更有效且更具交互性的协议。

根据一个实施例，有效的用户体验可包括加载未经纹理化的模型，随后加载在用户接近建筑物或场景内的其它对象(即，改变视点(POV))时分辨率渐进性增加的经纹理化模型。在其它实施例中，查看器程序可使用可用的任何纹理，且用户可能未曾看到过未经纹理化的模型。举例来说，如果客户端软件请求结构及纹理数据两者且纹理串流首先到达，那么用户将不会看到未经纹理化的模型。所述查看器程序通常将从初始(启动)视点显示场景(块61)，且用户可使用任何合适的用户输入装置(例如，所图解说明的键盘38、鼠标、操纵杆等)改变所述POV(块62)。在如下文进一步论述的块63到64处仅使用较低分辨率的图像(在JPEG 2000文件内称作质量层)再现较远离的对象。当用户移动靠近结构(即，在POV中变焦)时，检索并显示其结构/几何图形数据(块65到67)，其最初可不存在纹理(或仅存在第一纹理层)。然后串流连续加性纹理层以增加场景或模型的外观并相应地显示，如下文将进一步论述。可有利地经由具有适中带宽的网络利用此技术且实际上非常有效地利用网络资源。如下文将进一步论述，可有利地基于所述场景内的结构的位置或相对距离及/或基于在所述场景中是否显露(即，可见)所述数据来选择待串流化的额外纹理数据。

使用JPIP实施的系统30′图解说明于图3中。在此实施例中，地理空间纹理数据层36a′到36d′以JPEG 2000格式(其以准许通过JPIP串流化模块41′有效串流化的方式布置)存储在服务器39′上的数据存储装置31′中。当处理器35′上的再现程序请求纹理时，JPIP模块40′将所述请求转译为JPIP请求。在连续加性层36a′到36d′中返回响应，且将每一层转换为纹理。

JPIP-知道模型查看器可作出连续的纹理请求，每次产生越来越锐化的纹理，如图4中所见。可使用产生质量层的轮廓来编码JPEG 2000文件。在图4中，层36a到36d中的每一者表示不同的JPEG 2000质量层。每一质量层含有每一像素的信息的一部分，且每一连续层加到先前层，以渐进性地提供更锐化的像素，直到最后的层含有剩余信息以完成全分辨率图像为止，如图所示。另一实例显示于图5A到5C中，其中三个连续加性层产生所图解说明的建筑物51，从具有模糊的表面(几乎没有窗户或图片定义(51c))到具有相对清晰的窗户线条的良好界定的建筑物51a及所述建筑物中的一者的侧上的鲸的可见图像。

另外参照图7，根据另一有利方面，较远离用户的模型/场景仅需要接收较低分辨率纹理，且所述用户有利地不会负担下载不必要的纹理数据。也就是说，处理器35″可有利地按显示器34″上的场景内的不同3D地理空间结构排定地理空间纹理数据的连续加性分辨率层的检索及显示的优先等级(块68到72)。通过举例的方式，处理器35″可基于所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的相对距离及/或基于所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构的不同相对区域来排定优先等级。因此，举例来说，在所述场景中较靠近的建筑物/地域将比在所述场景中较远离的建筑物/地域接收更多连续加性分辨率层。

此外，如所属领域的技术人员将了解，当用户选择所述场景内的给定POV时，所述POV将确定所述显示器上的所述场景内的3D地理空间结构及/或地域的显露部分(例如，建筑物的正面)及模糊部分(例如，建筑物的背面)。此外，处理器35″可有利地基于显示器34″上的所述场景内的所述3D地理空间结构的所述显露部分而非所述模糊部分选择性地检索地理空间纹理数据。因此，通过不下载无论如何将不从所述给定POV在显示器34″上显示的场景的若干部分进一步提供带宽节约。

本发明还可体现在具有计算机可执行指令的计算机可读媒体中，所述指令用于致使计算机(例如，处理器35)执行上文所阐明的步骤/操作，如所属领域的技术人员将了解。