Virtuaalitodellisuus ja 3D-mallinnustekniikat opetuksen aallonharjalla

Kirjoittaja: 

Tapio Hellman, Seinäjoen Ammattikorkeakoulu Oy

Virtuaalitodellisuutta (VR = Virtual Reality) on pyritty rakentamaan aina 1950-luvulta tähän päivään saakka

National Academy of Engineering Yhdysvalloissa on listannut virtuaalitodellisuuden kehittämisen yhdeksi neljästätoista insinööritieteiden haasteista. Virtuaalitodellisuus tarkoittaa keinotekoisen, yleensä tietokoneellisesti toteutetun todellisuuden tuomista aistien kautta ihmisen koettavaksi siten, että keinotodellisuuteen uppoutuminen on mahdollisimman helppoa.

Virtuaalitodellisuus (VR=Virtual Reality) on tehnyt tuloaan 1990-luvulta lähtien, joskin varhaisimmat virtuaalitodellisuuden ensiaskeleet otettiin jo 1950-luvulla Morton Heiligin esiteltyä Sensorama-laitteen, joka lisäsi elokuva- ja äänikokemukseen värinää, tuulta ja hajuja. Niiden avulla katsoja saatiin tuntemaan, että hän itse asiassa on osa elokuvaa eikä vain sen katsoja. Heilig myös patentoi 1960-luvulla ensimmäisen päähän puettavan näyttölaitteen (HMD=Head mounted Display), jonka avulla voitiin hyödyntää ihmisen stereoskooppista näköaistia. Sisältö oli esinauhoitettua, joten katsoja ei kokenut mitään vuorovaikutteisuutta.

Myöhemmin tietokonegrafiikan ottaessa 1970-luvulla ensiaskeleitaan HMD-laitteet kehittyivät, ja alan pioneerina toiminut Evans & Sutherland (David Evans ja Ivan Sutherland) kehitteli tietokonejärjestelmiä, joita voitiin käyttää simulaattoreina. Yrityksellä on ollut merkittävä panos kaupallisten lentokoneyhtiöiden lentokoulutussimulaattoreiden suunnittelussa ja kehittämisessä.

1990-luvulla Yhdysvaltain autoteollisuuden keskittymässä, Chicagossa kehitettiin Illinois’n yliopiston tutkimuslaitoksessa uutta näyttölaitetta, joka mahdollisti katsojan uppoutumisen tietokonegrafiikalla toteutettuun kolmiulotteiseen ympäristöön ilman HMD-laitetta, jotka tuolloin olivat vielä raskaita, hankalia käyttää ja niiden resoluutio eli näyttötarkkuus oli huono. CAVE eli Cave Automatic Virtual Environment julkistettiin SIGGRAPH-messuilla Chicagossa 1992. Se on sisään astuttava näyttöhuone, jonka seinille heijastetaan taustaprojisoitua stereoskooppista kuvaa siten, että ”elävä”, ei esinauhoitettu, 3D-malli ympäröi katsojaa joka puolelta, parhaassa tapauksessa myös lattiasta ja katosta.

CAVE-näyttölaitteistojen voittokulku jatkui läpi 1990-luvun, ja käytännössä jokainen autotehtaaseen, lentokonetehtaaseen, yliopistoon tai muuhun tutkimuskeskukseen suunniteltu virtuaalihuone pohjautui Silicon Graphicsin grafiikkatietokoneteknologiaan. Samaan aikaan 3D-tietokonegrafiikan kehittyessä ja laitteistojen nopeutuessa, kehitettiin myös muihin aisteihin liittyvää tutkimusta. Näkö- ja kuuloaistimuksen ohella tärkeimmäksi VR-tekniikan osa-alueeksi nousi haptiikka eli tuntoaisiin vaikuttaminen. Tähän tarkoitukseen kehitettiin erilaisia datakäsineitä, tunto- tai voimapalautteen antavia laitteita jne. Viimeisimpiä merkittäviä VR-alan julkistuksia on ollut Oculus Rift HMD-laite, jolle on pyritty luomaan samanlaista ennakkomarkkinointia kuin Applen Iphonelle aikoinaan. Oculuksen merkittävimmäksi ominaisuudeksi mainitaan sen äärimmäisen matala latenssi eli viive pään paikannuksessa. Järjestelmä seuraa siis nopeasti pään liikkeitä piirtäessään 3D-näkymää kullekin silmälle.

2000-luvulla suurin osa virtuaalitodellisuuden hype-ilmiöstä haihtui, ja mm. Tampereen teknilliseen korkeakouluun rakennettu huippuhieno CAVE-ympäristö ajettiin alas, ja Helsingin teknillisen korkeakoulun uranuurtaja, HUT CAVE, lopetteli toimintaansa. Tähän ajanjaksoon sattui Seinäjoen ammattikorkeakoulun virtuaalitodellisuuslaboratorion ja CAVEn perustaminen. Vuonna 2005 avattu CAVE-luola on toiminut pian vuosikymmenen ajan, ja tuhannet ihmiset ovat saaneet siellä ensi kosketuksensa virtuaalitodellisuuteen.

Alusta asti virtuaalitodellisuus ja tietokonepelimaailma ovat kulkeneet käsi kädessä, sillä niillä on sama päämäärä: katsojan tai pelaajan eli käyttäjän upottaminen mahdollisimman realistisesti esille tuotuun virtuaalimaailmaan. Tästä syystä monet tekniikat ja teknologiat, kuten näytönohjaimet, näyttölaitteet, syöttölaitteet, peliohjaimet ja osin ohjelmistotkin jakautuvat peli- ja tosikäyttäjien kesken. Peliteollisuus vaatii näytönohjaimilta lisää tehoa ja muistia, mistä VR-ala hyötyy, ja VR-ala puolestaan pyrkii kehittämään uusia keinoja käyttäjä-tietokone-rajapintaan (HMI=Human Machine Interface). Tärkeimmät teknologia-alueet virtuaalitodellisuudessa ovatkin 3D-tietokonegrafiikka sekä uudenlaiset käyttöliittymät (UI=User Interface).

Virtuaalitodellisuudessa (VR = Virtual Reality) ja 3D-mallinnuksessa käytettäviä tekniikoita, laitteistoja ja ohjelmistoja sekä uudenlaisia käyttöliittymiä

Virtuaalitodellisuusteknologiaa voidaan soveltaa monelle osa-alueelle, kuten arkkitehtuuri, yhdyskuntasuunnittelu, tehdassuunnittelu, simulointi, rakennustekniikka, muotoilu, lääketiede, geologia, tähtitiede, kulttuuri, historia ja viihde.

Seinäjoen ammattikorkeakoulun VR-laboratorio pyrkii tuomaan insinöörikoulutuksessa näitä teknologioita opiskelijoiden tietoisuuteen. Laboratorio tarjoaa MAOL:n Syyskoulutuspäivien workshopissa mahdollisuuden tutustua seuraaviin laitteisiin ja ohjelmistoihin:

  • Microsoft Kinect -hahmontunnistuslaite ja 3D-skanneri
  • Sensable Phantom Omni haptinen laite
  • LeapMotion käsien ja sormien hahmontunnistuslaite
  • 5DT datakäsineet
  • NaturalPoint OptiTrack-paikannuslaitteisto
  • CAVE: Cave Automatic Virtual Environment
  • VR4MAX: robottisimulaattori, kaivinkonesimulaattori, Virtuaalinen Seinäjoki, ym.
  • Virtuaalinen Tennis
  • Unity: Ralliautosimulaattori
  • Google Earth Liquid Galaxy
  • Siemens PLM Teamcenter Visualization
  • Kuuloaistiin liittyvä immersio: virtuaalinen parturi

Lisätietoja:

Tapio Hellman
Seinäjoen Ammattikorkeakoulu Oy
Kampusranta 9 A
60320 SEINÄJOKI
+358 40 830 4157
tapio.hellman@seamk.fi
www.seamk.fi/cave

 

Lisää artikkeleita VR-laboratoriosta ja CAVEsta löytyy SeAMK:n sivuilla olevan linkkilistan kautta: http://www.seamk.fi/fi/Osaaminen/Toimintaymparisto/Tekniikan-laboratoriot/Virtuaalitekniikan-laboratorio/Artikkeleita-VR-laboratoriosta-ja-CAVEsta

Tags: 

Lisää eDimensiossa

Mihin matematiikkaa tarvitaan , 16. elokuu 2017 - 9:00
Laskukone vauvan aivoissa , 16. elokuu 2017 - 9:00
Dimensio 4/2017 , 16. elokuu 2017 - 1:00
Dimensio 3/2017 , 23. huhtikuu 2017 - 9:00
Eurajoen vesitornin Foucault’n heiluri , 22. huhtikuu 2017 - 9:00
Historiaa, fysiikkaa ja fysiikan historiaa , 2. huhtikuu 2017 - 9:00
Dimensio 2/2017 , 31. maaliskuu 2017 - 9:00
Erään matematiikan vihaajan tunnustuksia , 2. helmikuu 2017 - 9:00
Dimensio 1/2017 , 26. tammikuu 2017 - 9:00
GeoGebra-täydennyskoulutuksia verkossa , 6. joulukuu 2016 - 9:00
Dimensio 6/2016 , 6. joulukuu 2016 - 9:00
MAOLin syyskoulutuspäivät Oulussa , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Taide taittaa matematiikkaa – Osa 2(2) , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Lukion tärkein ainevalinta? , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 5/2016 , 26. lokakuu 2016 - 9:00
GeoGebra tänään , 26. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 4/2016 , 24. lokakuu 2016 - 9:00
Taide taittaa matematiikkaa – Osa 1(2) , 22. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 3/2016 , 21. lokakuu 2016 - 9:00
Dimensio 2/2016 , 12. lokakuu 2016 - 9:00
Lukion tärkein ainevalinta? , 24. syyskuu 2016 - 9:00
Hattulan silloilta , 8. syyskuu 2016 - 9:00
Lukion fysiikan OPS muutosten edessä , 8. syyskuu 2016 - 9:00
Taikatempuista motivaatiota opiskeluun , 25. elokuu 2016 - 9:00
Super-Ada innostaa IT-alalle , 4. helmikuu 2016 - 9:00
Dimensio 1/2016 , 30. tammikuu 2016 - 8:00