将三维数据可视化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及对三维表面数据、特别是对具有多个细节等级的地形进行渲染的方法。该方法是从多个数据块快速选择用于描述从当前观看位置的三维数据的必要数据块集合的改进方法。该方法是通过在纹理数据之前提供几何数据，并且至少部分地基于该几何数据来选择纹理数据块来实现。
【背景技术】
[0002]渲染是指通过计算机程序从例如三维地形模型这样的模型中生成图像的过程。所渲染的三维地形模型可以是包括高程数据的网格，例如，数字高程模型(DEM)、数字表面模型(DSM)或数字地形模型(DTM)。该数字模型可以包括有限区域的数据，例如特定城市或景观的模型，以及大陆或甚至整个地球的模型。
[0003]三维地形图像的计算机渲染通常从相关技术中得知:US 7551172 B2公开一种通过网络发送表示三维图像的信息的方法，并且US 6496189 BI公开一种用于显示从远程设备上交互地选择的观察点看到的区域的图像的方法和装置。
[0004]当对大的三维数据进行渲染时，特别是在移动设备中，数据的传输速度会成为限制因素。最近，在新的便携式移动电子设备中(例如智能手机或平板电脑)，存储数据的存储器以及计算能力已经大大增加。然而，一般地装置的存储器仍然太小而不足以在存储器中存储足以同时渲染三维地图所需的所有数据。因此，在装置存储器中采用不存储所有所需数据的方式来将分割数据是非常重要的。如果用于提供数据的网络很慢，例如在慢速无线互联网连接的情况下，则会花费太长时间通过网络传输所有数据来实现数据的有效利用，如用于导航。
[0005]一种常规解决方式是将数据细分成较小的数据块，其中，每个数据块描述数据的区段。此外，一种常规解决方案是创建具有每个区段的若干表示版本的数据块，表示版本具有不同的细节等级。这允许描述具有能够用于以足够品质来渲染数据的细节等级的数据块集合，但仅需加载或传送完整数据集的原始大小的一部分。
[0006]在用于渲染三维地形数据的常规方法中，采用了树形结构，其将数据划分成区块和不同细节等级，其中每个细节等级比上一级包括多的信息，从而可以在维持渲染质量和保持装置上所需的存储器的量的同时实现放大和缩小。
[0007]在已知的方法中，通常方式是在向下遍历树形结构的同时从最低到最高的细节等级加载所有数据区段，从而仅在较低细节等级已经被加载并显示之后才加载较高的细节等级。采用这种已知的解决方案总有一些数据一即便是低细节等级的一可以被显示，从而避免了在表示中出现“漏洞”。然而，与之相比可以优选的是传输数据的量尽可能的小，特别是在通过较慢的网络连接传输数据时。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的是提供用于将表示三维表面的一部分的表面数据加载到存储器中的增强的方法。
[0009]本发明的具体目的是提供能够减少网络中的数据流量的方法。
[0010]本发明的具体目的是提供避免或减少从外部服务器中下载的数据量的方法。
[0011]本发明的具体目的是提供允许使用来自不同来源的几何数据的方法。
[0012]本发明的进一步目的是提供下载和显示所选择的表面数据的方法。
[0013]另外，本发明的目的是提供在手持移动设备可执行的方法，以及提供一种执行该方法的手持设备。
[0014]本发明的另一目的是提供用于执行该方法特别是在手持设备中执行该方法的计算机程序产品。
[0015]这些目的中至少一个是通过根据本发明权利要求1所述的方法，根据权利要求9所述的移动设备、如权利要求15所述的计算机程序产品和/或从属权利要求实现的。
[0016]根据本发明，这些目的中的至少一个是通过在下载表面数据之前基于所述几何数据的自动预选处理来实现的。
[0017]一种从服务器计算机向移动客户端设备提供数据文件组的方法，该数据文件组包括:与图像场景中的三维表面的一部分关联的纹理数据，其中该图像场景由观察点和视向和/或视角限定，该数据文件组是存储在所述服务器计算机上的数据文件的子集，以及每个数据文件包括处于多个不同细节等级之一的纹理数据，根据本发明该方法包括以下步骤:
[0018]籲在移动客户端设备的存储器中提供几何数据，该几何数据与该图像场景的三维表面关联；
[0019]籲选择具有纹理数据的数据文件以由所述服务器提供，其中，选择数据文件的步骤基于几何数据以及基于在该图像场景(20)中该三维表面(25)的可视性条件通过所述客户端设备的计算单元进行；以及
[0020]籲请求从所述服务器计算机向所述客户端设备提供所选择的数据文件。
[0021]在该方法的一个实施方式中，选择数据文件的步骤包括基于所述几何数据选择要被请求的数据文件，该数据文件中的纹理数据在当前图像场景中可见并特别地具有所需的细节等级，特别地，其中纹理数据由于几何数据而在当前图像场景中不可见，该数据文件不被请求。
[0022]在该方法的【具体实施方式】中，所述几何数据包括所述三维表面的高程数据。
[0023]在另一个实施方式中，所述几何数据包括可显示的特征，特别地各建筑物或树木的模型。
[0024]在根据本发明的一个实施方式中，该可视性条件包括所述三维表面的一部分在所述图像场景中的可视性，以及与所述图像场景中所述三维表面的一部分关联的所述纹理数据的细节等级，其中，所述细节等级满足预定分辨率质量因子的标准，基于从该表面到观察点的距离计算。特别地，对质量因数的计算是基于以下各项至少之一:
[0025]?关于在被显示时纹理将覆盖计算机显示表面的多少的画面覆盖因子；
[0026]籲关于纹理的多少覆盖位于计算机显示边缘之外的场景中的表面的场景覆盖因子；和/或
[0027]?最小封闭容量将覆盖被渲染表面的实际面积。
[0028]根据本发明的方法的【具体实施方式】包括基于与所述三维表面的所述部分关联的所述几何数据渲染所提供的纹理数据，以及在所述移动设备的显示器上显示经渲染的数据。
[0029]在一个实施方式中，该方法包括渲染默认表面纹理，特别是直至纹理数据被提供并且可显示为止，其中所述默认表面纹理基于所述几何数据。特别地，所述默认纹理表面包括根据由所述几何数据提供的高程和/或着色。该默认表面纹理也可以在被显示之前基于几何数据在GPU(图形处理单元)描影中计算。
[0030]在根据本发明的方法的另一个实施方式中，所述几何数据从所述服务器和/或所述客户端设备的数据存储系统被提供给所述存储器，该存储器特别是缓存。特别地，所述几何数据，根据最近最少使用缓存算法、和/或位于独立于经渲染的数据的结构的索引区段，被存储于所述存储器中。
[0031]在根据本发明的方法的另一个实施方式中，提供几何数据的步骤包括合并来自不同来源的几何数据，特别是将所提供的几何数据与用户定义的几何数据合并，其中，选择数据文件的步骤是基于合并后的几何数据。
[0032]在一个实施方式中，所述几何数据包括所述三维表面的高程数据，并且该方法包括以下步骤:根据所提供的高程数据动态地计算出至少一组变化的高程数据，每组变化的高程数据具有不同的细节等级，特别地，其中该变化的高程数据的不同的细节等级是基于所述纹理数据的所述细节等级，特别地其中选择具有所述纹理数据的数据文件以从服务器请求的步骤基于变化的高程数据的组。
[0033]本发明还涉及一种用于进行根据本发明的方法的移动客户端设备。
[0034]一种用于从服务器计算机请求数据文件组的移动客户端设备，该移动客户端设备包括显示器，数据存储系统和计算单元，该数据文件组包括与图像场景中的三维表面的一部分关联的纹理数据，其中该图像场景由观察点、视向和/或视角所限定，该数据文件组是存储在所述服务器计算机上的数据文件的子集，以及每个数据文件包括处于多个不同细节等级之一的纹理数据，以及该显示器用于显示该图像场景，
[0035]根据本发明，其特征在于:
[0036]籲该数据存储系统