Maanalaisia harjoituksia virtuaalisesti

Virtuaaliympäristön toteutuksen perustana toimi laserskannaamalla tuotettu mittatarkka pistepilviaineisto +400-tason alueista. Skannatun pistepilviaineiston ansiosta virtuaaliseen tunneliverkostoon saatiin taltioitua oikeat mittasuhteet ja yksityiskohdat kaivoksen fyysisistä kohteista. Skannaus mahdollisti kaivoksen alueisiin perehtymisen turvallisesti todenmukaisessa ympäristössä ilman kaivoksen fyysisiin tiloihin menemistä.

Centrian osuus virtuaaliympäristön toteutuksessa alkoi laserkeilatun pistepilviaineiston prosessoinnilla. Pisteaineistoa prosessoitiin ja editoitiin useassa eri vaiheessa, jotta virtuaaliympäristön visuaalisesti ilmeestä saatiin realistinen ja myös pelimoottorissa sutjakkaasti toimiva.

Laserskannaamalla tuotettua dataa kutsutaan pistepilveksi, joka nimensä mukaisesti koostuu tuhansista tai jopa miljoonista yksittäisistä pisteistä. Pisteiden määrään vaikuttavat skannattavan kohteen koko ja skannauksen tarkkuus. Jotta pisteaineistoa voitiin hyödyntää VR-sovelluksessa, tuli pisteiden välille luoda pintarakenne (KUVA 2). Kiinteät pinnat mahdollistivat kohteiden valaisun, värityksen ja erilaisten fyysisten ominaisuuksien säätämisen (esim. karheus ja epätasaisuus). Pistepilvien käsittelyssä hyödynnettiin CloudComparea, joka on pistepilvien käsittelyyn valmistettu ilmainen avoimen lähdekoodin ohjelmisto.

Tunneliverkosto skannattiin 19 eri osassa. Pistepilvien laatu ailahteli eri skannauksien välillä johtuen kaivoksen vaihtelevista olosuhteista, minkä vuoksi joitakin pistepilviä oli siistittävä ennen pintojen luomista. Sotkuisista pistepilvistä poistettiin hajapisteitä ja äärimmäisen tiheistä pistepilvistä suodatettiin pisteiden määrää CloudComparen editointityökaluilla, jotta prosessointi olisi nopeampaa ja lopputulos olisi siistimpi.

VR-sovelluksen käyttökokemukseen vaikuttavia tekijöitä on useita. Mallinnuksen kannalta ongelmia voivat aiheuttaa esimerkiksi liian raskaat 3D-mallit, jolloin reaaliaikaisen grafiikan piirtoon vaadittava suorituskyky voi olla koetuksella. Tyypillisesti suorituskyvyn loppuminen ilmenee sovelluksen kuvataajuuden (FPS, Frames Per Seconds) romahtamisena, joka ilmenee kuvan nykimisenä ja voi pahimmillaan aiheuttaa käyttäjälle pahoinvointia.

Underground Rescue VR-sovelluksen kehityksessä tilannetta parannettiin suodattamalla 3D-mallien kolmioverkkorakennetta sekä optimoimalla ongelmakohtia uudelleenmallintamalla (KUVA 3). Pistepilvistä luodut pintamallit olivat rakenteeltaan hyvin tiheitä ja koostuvat lukuisista pienistä polygoneista. Kyseiset mallit olivat myös yksityiskohtien osalta monin paikoin käyttökelvottomia vääristyneen geometrian vuoksi, jonka aiheuttivat muun muassa pistepilviaineistoon jääneet katvealueet ja kaivoksessa skannaushetkellä ollut vesihöyry. 3D-mallien geometrian tiheyttä suodatettiin ja muokattiin Blenderin editointityökaluilla, jotta ne saatiin toimimaan reaaliaikaisesti pelimoottorissa.

Tunneliverkoston graafinen ilme oli hyvin valju ja epärealistinen ilman väri-informaatiota tai pinnan ominaisuuksia määrittäviä tekijöitä. Näyttävyyttä parannettiin erilaisten tekstuureiden ja materiaalien avulla, joilla voitiin vaikuttaa muun muassa pinnan karheuteen ja epätasaisuuteen.

3D-malleille tehtiin UV-kartoitus, ennen kuin tekstuurit voitiin asettaa 3D-mallin pinnalle vääristymättä. UV-kartoituksessa 3D-malliin merkattiin saumoja, joiden avulla kolmiulotteinen muoto saatiin tasoitettua tasaiseksi kaksiulotteiseksi kuvaksi, jota kutsutaan UV-mapiksi (KUVA 6).

Valmiit 3D-mallit siirrettiin pelimoottoriin VR-sovelluksen kehittämistä varten. Underground Rescue VR-sovelluksen kehittämiseen käytettiin Unity-pelimoottoria, joka mahdollistaa virtuaalilasien (VR, virtual reality) käytön ja toiminnallisuuksien lisäämisen mallinnettuun kaivosympäristöön. VR-lasien käyttäjä pääsee vapaasti liikkumaan virtuaalisella +400-tasolla ja suorittamaan rasteja, jotka vastaavat oikeita Pyhäsalmen kaivokseen rakennettuja rasteja.

Kaivosmallista on lattiat ja portaat eroteltu ja merkitty pinnoiksi, joiden päällä VR-lasien käyttäjä voi liikkua. Sovellukseen on kehitetty kaksi erilaista liikkumistapaa, teleport ja tasainen liike. Teleport-tilassa käyttäjä osoittaa VR-ohjaimella sijaintia, johon haluaa liikkua, ja näppäimen painalluksella hän siirtyy siihen välittömästi. Sijaintia osoitettaessa vihreällä ympyrällä ja punaisella rastilla ilmaistaan käyttäjälle, voiko hän siirtyä kyseiseen kohtaan. Toisella liikkumistavalla käyttäjä liikkuu tasaisella nopeudella katsomaansa suuntaan, kun ohjaimen näppäintä pidetään pohjassa, mutta varsinkin VR-laseja vähän käyttäneille tämä liike saattaa aiheuttaa huonoa oloa.

Osaan ympäristössä olevista esineistä ja objekteista on kehitetty lisätoimintoja. Näissä kaikissa on sama toimintaperiaate; objektille on aseteltu näkymätön alue, kun VR-ohjain on tämän alueen sisällä, näppäimen tai liipaisimen painallus suorittaa objektissa olevan toiminnon. Taskulampun voi esimerkiksi ottaa vyötäröltä käteen puristamalla VR-ohjaimen sivunappeja ja liipaisinta painamalla laittaa sen valo päälle ja pimeäksi. Käsisammuttimen voi poimia käteen ja siitä on aluksi irrotettava sokka, letku voidaan ottaa vapaana olevaan käteen ja sammuttimen käyttö tapahtuu pitämällä liipaisinta pohjassa. Käyttäjä ei suoraan näe objekteissa olevia alueita, joista niiden toiminnot tapahtuvat, mutta objektin reunat näkyvät vihreällä korostuksella, kun VR-ohjain on alueen sisällä ja näppäintä voidaan painaa (KUVA 8).