Historiallisen kulttuurikohteen uusi elämä digitaalisessa muodossa

Euroopan komission (2024) digitaalisen kulttuuriperinnön digitaalistrategia painottaa, että teknologiat kuten 3D, XR ja tekoäly tuovat kulttuuriperintökohteet uudella tavalla eloon. Virtuaalimuseot nähdään keinona tarjota pääsy teoksiin ja kohteisiin, jotka muuten olisivat yleisölle saavuttamattomia.

Vanhojen valokuvien ja videoiden sijaan historian ja menneiden hetkien kokemisesta on tulossa immersiivisempää, kun erilaisista paikoista ja kohteista luodaan digitaalisia kopioita, joissa voi liikkua ympäriinsä ja kokea ne aivan kuin olisi paikan päällä. Tällaisen materiaalin luominen vaatii kuitenkin perehtymistä.

Digitaalisten perintökohteiden säilyttämistä käsittelevän artikkelin (Li, Du, Yang, Liang, Bai, Li & Law 2023) mukaan digitaalinen säilyttäminen tarjoaa teknistä tukea arkkitehtuurin kulttuuriperinnön konservoinnille, ja sen kolme keskeistä ominaisuutta ovat:

Tulipalossa vuonna 2016 tuhoutunut Ylivieskan vanha kirkko mallinnettiin Centriassa aikoinaan kuvatun LiDAR-pistepilviaineiston pohjalta. Tuota kyseistä ja muuta aineistoa on hyödynnetty kirkon uudelleen mallintamisessa modernimmilla, kehittyneemmillä tekniikoilla osana XR- ja metaversumiteknologioihin keskittyvää Metapilot Factory -hanketta (Euroopan unionin ja Pohjois-Pohjanmaan liiton osarahoittama).

Aiemmin luodussa virtuaalisessa kirkossa oli panostettu näyttävyyteen, mutta sen lisäksi tarvittiin versio, joka ei vaadi tehokasta laitetta. Päädyttiin kehittämään kolme eri lähestymistapaa, joista jokainen täytti tietynlaisen tarpeen laadun tai esitystavan suhteen:

1. Unity-ympäristön päivitys VR-lisäosineen, jossa VR-lasit kykenevät itsenäisesti näyttämään kirkon ilman tarvetta olla kytkettynä tietokoneeseen. Tämä ratkaisu on ainoa, joka perustuu perinteisten 3D-mallien tekemiseen.

2. 360-kuvat, jotka ovat laadultaan heikoimpia, mutta soveltuvat mille tahansa laitteelle, koska eivät vaadi suurta laskentatehoa.

3. Gaussian splatting -versio, jossa tekniikka on visuaalisesti näyttävin, mutta VR-ympäristön tekeminen on rajoitetumpaa ja vaatii tietokoneen toimiakseen VR-ympäristössä.

Oleellista oli löytää sopiva tasapaino mahdollisimman aidonnäköisen sisällön ja toimivuuden välillä. Erilaiset versiot mahdollistivat laajan testaamisen ja palautteen keräämisen. Gaussian splatting -versio toimi myös perinteisen esittelyvideon pohjana.

Koska virtuaalista kirkkoa on tarkoitus esitellä erilaisissa tapahtumissa usealle vierailijalle samanaikaisesti, optimiratkaisu olisi käyttää VR-laseja standalone-tilassa eli ilman tietokoneita. Tällöin VR-lasit käyttävät niiden omaa heikompaa laskentatehoa sovellusten ajamiseen.

Gaussian splatting, varsinkin VR-ympäristönä, vaatii usein tietokoneen taustalle toimiakseen ongelmitta. Tarjolla on toki VR-lasien tehojen rajoitteet ohittavia ratkaisuja pilvipohjaiseen prosessointiin, mutta tätä kirjoitettaessa kyseiset ratkaisut eivät vielä ole tarpeeksi kehittyneitä. Suosittelen tutustumaan Metan Hyperscape-aplikaatioon pilvipohjaisen gaussian splatting -laskennan osalta.

Kuten aiemmin mainittiin, kirkko voidaan esittää virtuaalisena monella tapaa. Eräs keinoista on luoda erillinen sovellus käyttämällä virtuaalisesta kirkkoympäristöstä otettuja 360-asteisia kuvia. Käytännössä sovellukseen laitetaan 3D-mallien sijaan yksi iso pallo, jonka keskeltä käyttäjä tarkastelee pallon sisäpinnalle piirtyvää ympäristöä eli 360-asteista kuvaa.

360-kuvien ottamisessa hyödynnettiin uusittua virtuaalista kirkkoympäristöä. Unity-pelimoottorissa määriteltiin halutut kuvauspisteet, joissa näkyi koko ympäristö kyseisestä pisteestä. Kun 360-kuvia halutaan käyttää VR-laseilla, kannattaa hyödyntää stereoskooppista kuvausta. Siinä jokaisesta kuvauspisteestä otetaan kaksi kappaletta kuvia, yksi kummallekin silmälle. Tällöin kuvat otetaan siirtämällä kameraa hieman vasemmalle ja oikealle, niin että kuvauspisteiden väli on 6,3 senttimetriä, joka vastaa keskimääräistä silmien väliä. Kun kuvia otetaan eri sijainneista, niiden välillä voi tehdä siirtymiä, jolloin käyttäjä saa vaikutelman tilassa liikkumisesta.

Ylivieskan kirkon virtuaalisen mallin haasteena oli helpon saavutettavuuden mahdollistamisen lisäksi visuaalisesti näyttävän ja yksityiskohdiltaan alkuperäistä kirkkoa kunnioittavan lopputuloksen luominen. Tämä tarjosi nopeasti kehittyneelle gaussian splatting -tekniikalle oivan näyttöpaikan.

Gaussian splatting -tekniikasta voi lukea lisää tästä artikkelista: Puuntaimet digitaaliseen muotoon. Tiivistetysti tekniikan avulla voidaan luoda eri kuvauskohteista fotorealistisia kolmiulotteisia malleja kameralla kuvatun kuvamateriaalin avulla.

Kirkon moninaisuuden vuoksi kaikkia sisätilan yksityiskohtia ei ollut mahdollista saada gaussian splatting -muotoon yhdellä kertaa. Siksi oli kehitettävä työnkulku, joka mahdollisti laadullisesti heikkojen kohtien parantelun jälkikäteen. Yleensä gaussian splatting -aineisto on taltioitava yhdellä onnistuneella kuvauskerralla, mutta virtuaaliympäristö salli useamman kuvaoton. Prosessi vaati paljon kokeilua, sillä gaussian splatting -tekniikkaa käytetään yleensä yksittäisten objektien taltiointiin. Vaikka suurten sisätilojen tallentamiselle on kysyntää, menetelmät ja työkalut ovat vielä kehitysvaiheessa. Myös kyseisen tekniikan nopea kehitys oli samanaikaisesti sekä etu että haaste.

Synteettisesti luotu gaussian splatting eroaa tavallisesta mallista siten, että käsiteltävä materiaali on otettu digitaalisesta kohteesta (This Tool Lets You Create Gaussian Splatting in Blender 2025). Kirkon kanssa tämä oli ainoa tapa toimia, koska sisätiloista ei ollut mahdollista saada muuta materiaalia.

Digitaalisessa ympäristössä kuvankaappaus tapahtuu samalla periaatteella kuin fyysisessä maailmassa: kamera liikkuu ennalta suunniteltua rataa ja tallentaa hetket kuvina tai videona, jotka käsitellään myöhemmin gaussian splatting -muotoon.

Koko kirkon kuvaamisessa käytettiin sisältä ulos -menetelmää (inside-out), jota sovelletaan, kun kohdetta ei voi kuvata kiertämällä sitä ulkopuolelta. Yksittäisten, tärkeiden esineiden kohdalla sovellettiin perinteisempää ulkoa sisään -menetelmää (outside-in), koska ne oli mahdollista kiertää ja tallentaa kokonaisina.

Jotta useat erilliset kuvaussessiot saatiin käsiteltyä yhtenä kokonaisuutena, yhdistettiin kameroiden sijaintitiedot sisältävät JSON-tiedostot. Tällä onnistuttiin ylittämään gaussian splatting -ohjelmistojen vaatimus yhtenäisestä kuvauskerrasta ja kyettiin lisäämään kuvattua materiaalia kohteille ja alueille, jotka eivät olleet tallentuneet tarpeeksi hyvin ensimmäisellä kerralla.

Mallinnusohjelma Blenderin avulla tehty gaussian splatting oli erinomainen esimerkki siitä, mihin teknologia pystyy optimaalisissa olosuhteissa. Samalla se laajensi perspektiiviä siitä, kuinka myös fyysisen maailman kohteita tulisi lähestyä digitaalisessa taltioinnissa, koska uuden kuvaustavan kokeilu oli nopeaa ja vaivatonta.

Lopputuloksena kirkon sisätiloista syntyi yhtenäinen tiedosto, jossa useat eri aineistot yhdistyivät saumattomasti. Tällä menetelmällä onnistuttiin yhdistämään sekä laajojen tilojen että yksittäisten objektien kuvauksen parhaat puolet. Vaikka haasteet tulivat vastaan ensimmäisinä, hyviä puolia havaittiin iso määrä:

1. Täydellinen vapaus kameran sijoittelussa. Kameran voi asettaa optimaaliseen paikkaan ilman fyysisiä rajoitteita, esimerkiksi ylösalaisin katonrajaan tai lattian tasalle.

2. Tarkka metatieto. Kameran sijainti- ja asentotiedot tallentuvat jokaiselle kuvalle täydellisen tarkasti. Tämä poistaa tarpeen aikaa vievältä prosessilta, jossa kameran parametreja arvioidaan kuvadatasta. Myös linssin polttoväliä ja kuvan resoluutiota on helppo muuttaa.

3. Toistettavuus ja yhdisteltävyys. Virtuaalinen ympäristö pysyy täysin muuttumattomana ja kontrolloituna, mikä tekee eri kuvausottojen yhdistämisestä vaivatonta. Tämä on merkittävä etu verrattuna fyysiseen maailmaan, jossa jo vuorokauden aika saattaa tuoda suuriakin muutoksia.

Nämä kaikki ovat huomioitavia asioita, kun gaussian splatting -tekniikkaa hyödynnetään oikeassa kohteessa. Myös virtuaalisella mallilla harjoittelu ennen kohteen kuvauspäivää on hyödyllistä. Tämä tapa voi tarjota näkemystä muun muassa tarvittavista välineistä ja haasteellisimmista kohdista sekä voi antaa vastauksen siihen, onko kohdetta tarpeen kuvata dronella.

Ylivieskan vanhan kirkon uudelleen mallintaminen on osoitus siitä, mihin varsinkin nykyaikainen 3D gaussian splatting -teknologia pystyy. Hyödyntämällä olemassa olevaa LiDAR-dataa ja korvaamatonta dronemateriaalia pystyttiin luomaan fotorealistinen ja immersiivinen digitaalinen kaksoiskappale. Kolmen eri esitystavan (Unity/VR, 360-kuvat, gaussian splatting) kehittäminen varmisti paitsi tavoitteiden tarkan määrittämisen myös saavutettavuuden erilaisissa käyttöympäristöissä.

Vaikka synteettisen gaussian splatting -tekniikan työnkulku oli vielä kokeilevaa, siitä saadut opit tarjoavat hyvän pohjan tuleville digitaalisen mallintamisen hankkeille. Tulevaisuudessa, kun pilvipohjaiset ja laiterajoitteet kiertävät ratkaisut kehittyvät, Ylivieskan kirkon kaltaisten kohteiden digitaalinen ikuistaminen on entistä helpompaa. Menetetyt kulttuurikohteet eivät enää ole vain muistoja vaan koettavissa olevia, eläviä digitaalisia perintöjä.