Droonilla hankitun kuvamateriaalin käyttäminen pelin ympäristön luomiseen

Pelillistäminen ja 3D-ympäristöjen käyttäminen oppimisympäristöinä ja harjoittelualustoina ovat yleistymässä eri sektoreilla. Niitä käytetään jo metsäkoneenkuljettajien koulutuksessa ja suuriin alueisiin tutustumisessa. Oulun ammattikorkeakoulun Vähähiilisyyttä edistävät drooniratkaisut -hankkeessa (VED-hanke) testattiin drooneilla hankitusta kuvamateriaalista luodun fotogrammetrisen 3D-mallin viemistä pelimoottoriin, jossa siitä luotiin pelattava malli. 

Droonidatan parempaan hyödyntämiseen

Droonien kehitys viimeisen kymmenen vuoden aikana on ollut nopeaa ja niistä on tullutkin helposti käytettäviä työkaluja erilaisten ammattilaisten käyttöön. Drooneissa käytettävät kamerat ovat kehittyneet ja niiden lento-ominaisuudet ja luotettavuus ovat parantuneet ja niitä käytetäänkin esimerkiksi infra-rakentamisen mittaustyökaluina. Kehitys 3D-mallintamisessa ja pelimoottoreissa Paul, P,S., Goon, S. & Bhattacharya, A. 2012. History and comparative study of modern game engines. International Journal of Advanced Computer and Mathematical Sciences 3 (2), 245–249. Hakupäivä 29.9.2020. https://bipublication.com/files/IJCMS-V3I2-2012-07.pdf on ollut myös nopeaa. Oulun ammattikorkeakoulun (Oamk) Vähähiilisyyttä edistävät drooniratkaisut -hankkeessa kokeiltiin näiden tekniikoiden yhdistämistä. Droonilla hankitusta kuvamateriaalista luotiin fotogrammetrinen malli. Malli vietiin pelimoottori Unityyn, jossa siitä luotiin pelattava demo. 

Kuvasta pelattavaan demoon

Fotogrammetria tarkoittaa kuvatun kohteen kolmiuloitteista mittausta kuvien antaman tiedon perusteella.  Fotogrammetrisessa mallintamisessa otetaan useita osittain päällekkäisiä kuvia ja lasketaan näissä esiintyvien pisteiden koordinaatit kolmiulotteisessa avaruudessa. Pisteistä muodostuu pistepilvi ja pisteiden tiedon ollessa rasterimuodossa, voidaan siihen sisällyttää myös kuvatun kohteen väritieto. Tällöin mallin värit vastaavat kuvattua kohdetta. Pistepilvestä voidaan jatkojalostaa 3D-malli, joka muodostuu polygoneista Hughes, J., van Dam, A., McGuire, M., Sklar, D., Foley, J., Feiner, S. & Akeley, K. 2014. Computer Graphics: Principles and Practice. 3rd ed. Addison-Wesley. Hakupäivä 29.9.2020. http://www.cs.ucy.ac.cy/courses/EPL426/courses/eBooks/ComputerGraphicsPrinciplesPractice.pdf. VED-hankkeessa fotogrammetriset mallit luotiin Agisoft-nimisellä ohjelmistolla, jota Oamkissa on käytetty aiemminkin mallien luomiseen Agisoft.com. www-sivut. Hakupäivä 31.8.2020. https://www.agisoft.com/.

KUVA 1. Kuvakaappaus Agisoft-ohjelmiston luomasta 3D-mallista, jossa polygonit näkyvät. Mallissa on OuluZonen moottoriurheilukeskuksen kartingrata (kuva: Mikko Posio)

KUVA 2. Agisoftilla luotu ortokuva OuluZonen moottoriurheilukeskuksen kartingradasta. Mallien luomiseen käytettiin samaa pistepilviaineistoa (kuva: Mikko Posio)

VED-hankkeessa mallintamisessa käytetty kuvamateriaali hankittiin drooneilla, joten kuvatiedostoon sisältyi kuvamateriaalin lisäksi sijainti (GPS) ja kameran kulma suhteessa maan pintaan. Koska hankittavien kuvien lukumäärä oli suuri, automatisoitiin kuvaukset lentosuunnitteluohjelmistoilla. 

Fotogrammetrisen mallin luomista varten voidaan joutua ottamaan satoja tai jopa tuhansia kuvia, jolloin kuvausprosessin automatisointi on tärkeää. VED-hankkeessa kuvausprosessin automatisointiin käytettiin DroneDeploy ja Pix4Dcapture -lentosuunnittelusovelluksia Droneploy.com. www-sivut. Hakupäivä 31.8.2020. https://www.dronedeploy.com/ Pix4D.com. www-sivut. Hakupäivä 31.8.2020. https://www.pix4d.com/product/pix4dcapture. Näillä ohjelmilla drooneille voi kartoittaa reitin, jonka se automaattisesti lentää läpi ottaen samalla kuvia tasaisesti halutulta alueelta. Ohjelmilla voidaan säätää myös droonin kameran kulmaa suhteessa maanpintaan, jolloin hankittu kuvamateriaali soveltuu paremmin mallin luomiseen. Lentosuunnittelusovelluksen ottamien kuvien lisäksi voidaan ottaa lisäkuvia parantamaan kuvatun kohteen kuvauksen kattavuutta. Tällaisia voivat olla esimerkiksi rakennusten räystäiden alle jäävät alueet, jotka eivät ylhäältä käsin kuvatessa näy. 

Kuvamateriaalista luodun 3D-mallin käytettävyyttä pelimoottorissa testattiin viemällä malli Unity-pelimoottoriin Unity.com. www-sivut. Hakupäivä 31.8.2020. https://unity.com/. Pelimoottori on ohjelmistokehys, jota käytetään pelien rakentamiseen erilaisille alustoille ja ne sisältävät myös työkaluja 3D-grafiikan luomiseen ja muokkaamiseen. Videossa 1 OuluZonen kartingradasta luodussa mallissa ajetaan autolla Unity-pelimoottorissa. 

VIDEO 1. Fotogrammetrisesta mallista tehty demo (video: Eetu Autioniemi)

Johtopäätökset

Droonilla hankitusta kuvamateriaalista luodun fotogrammetrisen mallin soveltaminen Unity-pelimoottorilla luodun demon luomiseen onnistui. Työ ei ollut teknisesti haastava, mutta mallin sisältämä polygonien suuri määrä ja huono optimointi tekivät kuitenkin mallista suuren, joten sen käyttäminen oli hieman raskasta demon luomiseen Unityssa. Myös mallin laatu oli heikompi kuin pelien tuottamiseen tarkoitetuilla työkaluilla, joilla voidaan luoda tarkempia ja kevyempiä malleja. Mikäli fotogrammetrisia malleja halutaan käyttää pelimoottoreissa pelien ympäristön luomiseen, täytyy mallien polygonien määrää vähentää jo Agisoftissa, jotta mallit ovat paremmin käsiteltävissä.

Lähteet

Uusimmat artikkelit