Johanna Kesti
Esineistä ja erilaisista tiloista on mahdollista tehdä kolmiulotteisia (3D) skannauksia puhelimella. Tähän tarkoitukseen on kehitetty sovelluksia, joista yksi on tämän kirjoituksen käsittelemissä testauksissa käytetty Polycam (https://poly.cam/). Se toimii suurimmalla osalla nykyisistä älypuhelimista ja sovelluksesta on olemassa versio sekä Androidille että iPhonelle.
Sovellusta pääsee käyttämään ilmaiseksi, mutta silloin skannausten määrä on rajattu. Jos on tarvetta tehdä kohtalaisen paljon skannauksia, tulee noin 80 dollaria vuodessa maksava pro-tilaus luultavasti tarpeelliseksi.
Kokonaisten huoneiden ja sitä isompien tilojen mallintamisessa on joistakin iPhone-malleista löytyvästä valopulssien avulla etäisyyksiä mittaavasta Lidar-valotutkaosasta hyötyä. HIPPA-Remote hankkeessa luotiin virtuaalisia asumispalveluympäristöjä kustannustehokkaaseen tuotekehitykseen (Kuorikoski 2023). Skannauksesta etsittiin tapoja, joilla tiloja ja kehitettäviä uusia teknologioita voidaan mallintaa tarkemmin ja tehokkaammin.
Skannaus kuvasarjan avulla
Värillinen ja parhaimmillaan hyvinkin realistinen 3D-malli saadaan tehtyä niin, että kohteesta otetaan useita kuvia sen joka puolelta ja lopuksi kuvat ladataan Polycam-sovelluksen palveluun, jossa niistä koostetaan 3D-malli. Yhdestä kohteesta tarvitaan sen koosta ja mallista riippuen kuvia muutamasta kymmenestä useisiin satoihin. Skannattuja malleja pääsee myös tarkastelemaan ja jakamaan toisten kanssa kirjautumalla tietokoneella internetissä Polycamin sivulla omaan profiiliin.
Parhaiten skannaus onnistuu esineistä, joiden pinta on mattamainen ja joissa on jonkinlaista kuviota. Kiiltävät pinnat ovat sovellukselle vaikeita hahmottaa, ja tästä syystä saadun mallin muoto voi helposti vääristyä. Sovellus ei myöskään kunnolla havaitse läpinäkyviä materiaaleja, ja ne todennäköisesti jäävät kokonaan pois valmiista mallista. Myös laajoista yksivärisistä pinnoista on vaikeampi saada aikaan onnistunut malli. Sointu-laitteesta sai skannattua realistisen mallin laitteen puukuvioisen mattapinnan ansiosta (KUVA 1). Kiiltävän ja läpikuultavan lasisermin muoto puolestaan vääristyi skannauksessa voimakkaasti (KUVA 2).
Kuvaamisessa tulee muistaa huomioida kaikki näkyvät pinnat, kuten vaikka kulhomaisten esineiden sisäpuoli. Jos jokin kohta ei näy kuvissa, ei Polycam voi mallintaa sitä ja 3D-malliin jää puuttuvien kuvien kohdalle reikä. Helpointa 3D-malli on tehdä suhteellisen pienistä esineistä eli sellaisista, joiden koko on muutamista senteistä muutamiin kymmeniin sentteihin. Tällaisen esineen malliin tarvitaan joitakin kymmeniä kuvia.
Myös ihmisen tai eläimen skannausta voi yrittää. Iho ja turkki ovat skannauksen kannalta hyviä materiaaleja, mutta haastavaksi elävän olennon skannaamisen tekee kohteen liikehdintä. Varsinkaan eläimet eivät useinkaan pysy tarpeeksi hyvin paikoillaan, ja ihmisetkin voivat helposti hieman liikehtiä tai vaihtaa ilmettä.
Huoneita tai osia niistä voidaan skannata samaan tyyliin kuin esineitäkin. Huoneen skannausta tehdessä on hyvä ensin miettiä, mihin tarkoitukseen mallia tehdään ja kuinka tarkka siitä tulisi tulla. Yhdessä mallissa käytettyjen kuvien määrä on rajallinen, joten isosta tilasta tai edes keskikokoisesta kalustetusta huoneesta ei kovin yksityiskohtaista ja tarkkaa mallia pysty tekemään. Jos mallia on tarkoitus katsoa tietokoneen tai puhelimen näytöltä, suhteellisen hyvän näköisen mallin saa todennäköisesti. Kuitenkin vaikkapa virtuaalitodellisuuslaseilla (VR-lasit) jää huoneen kokoinen malli helposti vähän epäselväksi (KUVA 3). Kannattaa myös harkita helposti liikkuvien kalusteiden poistamista tilasta ennen skannausta. Näistä kalusteista voi skannata erikseen omat mallinsa ja liittää ne tilaan myöhemmin. 3D-mallikirjastoista löytyy myös paljon valmiita huonekalumalleja.
Jos 3D-malli ei näytä siltä kuin pitäisi, voi sitä muokata sovelluksessa. Mallista voi poistaa tarpeettomia tai kokonaisuutta sekoittavia kuvia tai siihen voi ottaa lisää kuvia. Kuvien prosessoinnin asetuksien muuttamisella voi myös olla suuri vaikutus lopputulokseen. Esimerkiksi kaventamalla etäisyyttä, jolla otettuja kuvia otetaan mukaan, jää taustan vaikutus vähemmäksi ja lopputuloksena malli voi olla selkeämpi. Tarvittaessa muokkausta voi jatkaa myös 3D-mallinnusohjelmalla. Polycamin sivuilta löytyy ohjeet mallin siirtämiseen yleisimpiin 3D-ohjelmiin ja muokkauksen alkuun pääsemiseen niissä. Samasta skannauksesta eri asetuksilla tehdyistä versiosta näkee, kuinka suuri vaikutus asetuksien muuttamisella voi olla (KUVA 4).
Skannaus Lidar-valotutkalla
Lidar-valotutkalla (light detection and ranging) saa käyttöön lisää vaihtoehtoja tilojen skannaukseen. Lidaria voi käyttää apuna kuvasarjaan perustuvassa huoneen skannauksessa tai sillä voi tehdä tiloista yksinkertaistettuja 3D-malleja. Lidarilla skannaus muistuttaa kuvasarjaskannausta siinä, että tila tulee kuvata mahdollisimman hyvin joka puolelta, niin että kaikki nurkat ja tilan muodot tulevat huomioiduiksi. Se on kuitenkin huomattavasti nopeampi menetelmä.
Polycam käyttää Lidar-skannauksen mallin kokoamiseen tekoälyä. Tekoäly tunnistaa monet tavalliset kalusteet, kuten tuolit, pöydät ja kirjahyllyt, ja lisää myös niistä yksinkertaistetut versiot 3D-malliin. Sovellus ei kuitenkaan ota huomioon yksityiskohtia kalusteista tai niiden ulkonäöstä, vaan kaikki tuolit, pöydät ja muut kalusteet tulevat malliin saman näköisinä (KUVA 5). Ainoastaan huonekalujen koko välittyy suurin piirtein malliin asti.
Myöskään Lidar-mallinnus ei tavallisesti onnistu hahmottamaan kiiltäviä tai läpinäkyviä kohteita. Esimerkiksi lasiseinät todennäköisesti jäävät mallista pois. Jos samantyyppisiä kalusteita on tilassa paljon, ei sovellus välttämättä havaitse kaikkia ja esimerkiksi kahdeksasta tuolista saattaa malliin tulla mukaan vain kuusi. Jos nämä puutteet haittaavat mallin käyttöä, ovat ne suhteellisen helposti korjattavissa 3D-mallinnusohjelmalla tai käyttämällä 3D-mallikirjastoista löytyviä malleja.
Pelkistettyjä 3D-malleja voi käyttää esimerkiksi tilojen suunnitteluun ja esittelyyn. Mallit on myös helppo tuoda VR-laseille. Mallin avulla on tavallista kaksiulotteista kuvaa helpompi hahmottaa, millainen skannattu tila on kuvaushetkellä. Jos tila on uusi tai esimerkiksi remontin jäljiltä suhteellisen tyhjä, voi 3D-mallia käyttää myös sisustuksen suunnitteluun, eli sillä voi alustavasti testata, millainen kalustus tilassa voisi toimia.
Lidarin avulla tehdystä mallista on mahdollista saada myös kyseisen tilan pohjapiirros (KUVA 6). Pohjapiirros on käytännössä toinen versio yksinkertaistetusta tilan 3D-mallista. Siinä siis huoneen seinät ja kalusteet ovat samoilla paikoilla ja mahdolliset skannauksessa tulleet virheet myös toistuvat. Pohjapiirroksesta voi valita, haluaako kalusteiden ja tilan mittojen näkyvän siinä. Puhelinsovelluksessa on myös työkalu, jolla auki olevasta tilan 3D-mallista voi mitata pituuksia tai pinta-aloja.
Polycam-sovellus on rajoitteistaan huolimatta kiinnostava työkalu. Oikeanlaisista kohteista sillä on suhteellisen helppoa ja kätevää luoda 3D-malleja. Se, että sovellus toimii puhelimella, tarkoittaa myös sitä, että kuvausväline itsessään on jokaiselle tuttu sekä helppo ja kevyt käyttää, mikä on myös sovelluksen selkeä vahvuus. Kaikkia sen antamia mahdollisuuksia ei hankkeen aikana ehditty kokeilla. Suuremman tilan mallin kokoaminen yhdistämällä sen eri osista tehtyjä kuvasarjaskannauksia olisi yksi kokeilemisen arvoinen asia. Lidar-skannauksella tehtyjen mallien käyttämistä pohjana muiden laitteiden tai tuotteiden esittelyssä esimerkiksi VR-ympäristössä voisi myös testata tulevissa tila- ja teknologiakehitystoimenpiteissä tai hankkeissa.
HIPPA-Remote hanketta rahoitettiin Euroopan aluekehitysrahastosta osana Euroopan unionin COVID-19-pandemian johdosta toteuttamia toimia.
Lähde
Kuorikoski, J. 2023. Virtuaalitodellisuus tuotekehitysympäristönä. Saatavissa: https://www.tuttunet.fi/tietoja-ja-oivalluksia/virtuaalitodellisuus-tuotekehitysymparistona.html Viitattu 30.8.2023.
Johanna Kesti
TKI-kehittäjä
Centria-ammattikorkeakoulu
P. 040 596 0509
