1/2018

Pelillistäminen, paikkatieto ja uusiutuva energia – energiankäytön seurannan ja visualisoinnin mahdollisuuksista

Kirjoittajat: Juho-Pekka Virtanen, Kaisa Jaalama, Arttu Julin, Harri Hahkala, Matti T. Vaaja ja Hannu Hyyppä.

EAKR-rahoitteisessa Soludus-hankkeessa Aalto-yliopiston tutkijat kehittivät rakennetun ympäristön 3D-malleja hyödyntäviä uusiutuvan energian tuotantoon ja energiansäästöön liittyviä demosovelluksia ja pelikonsepteja. Kehitystyötä tuettiin kartoittamalla eri paikkatietoaineistojen tämänhetkistä käyttöä peleissä. Lisäksi toteutettiin kysely, jolla selvitettiin, kuinka pelillistämällä voitaisiin edistää energiansäästöä ja lisätä tietoutta uusiutuvasta energiasta. Keskeisenä huomiona oli, että peliteknologian tarjoamia työkaluja voidaan hyödyntää tiedon visualisointiin ja vuorovaikutteisten sovellusten kehittämiseen, mutta tämän ei tarvitse tarkoittaa kokonaisen pelin kehittämistä. Tulevaisuudessa kansalaisia palvelevat entistä korkealaatuisemmat ja fotorealistisemmat avoimet paikkatietoaineistot, kuten 3D-kaupunkimallit, jotka ovat enenevissä määrin avoimesti hyödynnettävissä sovelluskehitykseen. Soludus-projektissa kehitetyt menetelmät ovat sovellettavissa myös muissa hankkeissa, joissa käsitellään olemassa olevan ympäristön digitalisointia ja pelimoottorisovelluskehitystä.

Johdanto

Suomen tavoitteena on olla hiilineutraali yhteiskunta vuoteen 2050 mennessä. Tämä edellyttää sekä uusiutuvan energian tuotannon merkittävää lisäämistä että energiankäytön tehostamista. Erityisesti energiatehokkuutta pystytään nostamaan rakennetussa ympäristössä, jossa energiatehokkuuden vaatimus linkittyy kiertotalouteen ja materiaalien tehokkaaseen käyttöön. Kuluttajat, päättäjät ja asiantuntijat tarvitsevat energiatehokkuutta ja uusiutuvaa energiaa koskevaa tietoa. Kuluttajille kohdistetun viestinnän tulisi lisäksi olla positiivista ja visuaalista.

Aalto-yliopiston ja Metropolia ammattikorkeakoulun yhteinen, EAKR-rahoitteinen Soludus-hanke (Soludus 2016) lisää uusiutuvan energian tunnettavuutta pelillistämisen keinoin. Metropolian yksiköistä hankkeeseen osallistuvat pelistudio ja kiinteistö- ja talotekniikka. Tässä artikkelissa tarkastellaan Aalto-yliopiston hankeosuutta, joka käsittelee erityisesti paikkatiedon ja peliaineistojen hyödyntämistä energiankäytön visualisoinnissa. Konkreettinen esimerkki tästä on ympäristön mallien hyödyntäminen pelimoottorialustalla tapahtuvaan energiavisualisointiin.

Aalto-yliopisto on tässä osahankkeessaan tuottanut pelimoottoriyhteensopivia malleja koealueista. Näiden mallien pohjalta kehitettiin demosovelluksia ja pelikonsepteja. Lisäksi selvitettiin kirjallisuuskatsauksen ja kyselyn avulla eri paikkatietoaineistojen tämänhetkistä käyttöä peleissä. Samalla hahmotettiin, kuinka rakennettua ympäristöä pelillistämällä voitaisiin edistää energiansäästöä ja uusiutuvien energioiden käyttöönottoa sekä lisätä tietoutta uusiutuvasta energiasta.

Digitaaliset paikkatietoaineistot, kuten 3D-kartat, kaupunkimallit ja rakennusten yksityiskohtaiset 3D-mallit toimivat uudenlaisina kehitysalustoina pelimoottorissa. Hankkeen tavoitteena on osoittaa, kuinka pelillinen fotorealistinen rakennettu ympäristö voi tukea arvoa tuottavaa yhdessä oppimista ja yhdessä tekemistä, luoden uusia kestäviä ratkaisuja, innovaatioita ja kyvykkyyksiä.

Pelillistäminen ja paikkatieto

Viimeisen vuosikymmenen aikana suuri osa pelillistämisestä on toteutettu digitaalisilla alustoilla. Pelillistäminen (eng. “gamification”) on terminä lähtöisin digitaalisten sovellusten kehittämisestä ja käyttäjätutkimuksesta. Se liitetäänkin usein nimenomaan digitaalisiin sovelluksiin, vaikkei yhteisesti hyväksyttyä määritelmää pelillistämiselle olekaan. Myöskään sille, mitä tietokonepeleistä tuttuja elementtejä tarkalleen ottaen käytetään, kun digitaalista sovellusta pelillistetään, ei ole yksiselitteistä määritelmää.

Mobiililaitteiden, tietokoneiden ja pelikonsoleiden lisäksi digitaalisen median alustoja on nykyään autoissa, julkisilla paikoilla ja esimerkiksi lentokoneissa. Myös kodinkoneisiin, kuten jääkaappeihin, yhdistetään yhä enemmän digitaalisia käyttöliittymiä ja tietoverkkoja hyödyntäviä toimintoja. Uudet laiteryhmät muodostavat lisää digitaalisia alustoja. Esimerkkinä tästä ovat viimeisen parin vuoden aikana voimakkaasti yleistyneet virtuaalitodellisuuslasit.

Peliteknologia on keskeisessä osassa kehitettäessä vuorovaikutteista digitaalista sisältöä. Pelimoottori tarjoaa valmiin ja helpon tavan ohjelmoida esimerkiksi grafiikkaa ja ääniä hyödyntäviä pelejä. Tyypillisesti pelimoottori sisältää fysiikka- ja grafiikkamoottorit, kontrollirajapinnat ja muita pelin kehityksessä tarvittavia komponentteja. Pelimoottoreiden avulla voidaan pelien lisäksi tuottaa myös hyötysovelluksia, esimerkiksi koulutuskäyttöön. Markkinoilla on useita keskenään kilpailevia pelimoottoreita. Yksi vaihtoehdoista on Unity 3D, jota on yleisesti hyödynnetty myös opetus- ja tutkimuskäytössä.

Myös osa viihteeksi tarkoitetuista peleistä simuloi todellista maailmaa. Auto- ja lentosimulaattoreiden lisäksi markkinoilla on myös yksityiskohtaisia kaupunginrakennussimulaatioita. Onkin ymmärrettävää, että energian tuotanto ja kulutus esiintyvät useissa peleissä teemana. Esimerkkejä kaupunginrakennuspeleistä, joissa kaupunkiinsa voi rakentaa erilaisia energiantuotannon tapoja kuten ydin- hiili- ja tuulivoimaloita ovat Cities: Skylines, SimCity -pelisarja tai VR-peli Skytropolis. Myös energia-alan yritykset ovat lähteneet mukaan pelien kehittämiseen. Hyvä esimerkki tästä on Nesteen kehittämä koululaisille tarkoitettu EduCycle-ympäristöpeli, joka hyödyntää lisättyä todellisuutta ja opettaa pelaajille keinoja henkilökohtaisen hiilijalanjäljen pienentämiseen.

Pelillisyys energiankäytön seurannassa – helposti hyödynnettävä työkalu vai sopulien puuhastelua?

Asiantuntijoille suunnatun verkkokyselyn avulla selvitettiin näkemyksiä pelillisyyden potentiaalista uusiutuvan energian käyttöönotossa, energiansäästön edistämisessä ja ilmastonmuutoksen torjunnassa. Kyselyyn vastasi vuoden 2017 touko-elokuussa 87 Aalto-yliopistojen verkostojen kautta tavoitettua anonyymiä asiantuntijaa. Vastaajista noin kolmasosa edusti tutkimus- ja opetusalaa, mutta vastaajien joukossa oli myös opiskelijoita, viranomaisia ja yksityisen sektorin edustajia. Jopa 70 prosenttia vastaajista kertoi olevansa työssään tekemisissä energia- tai ympäristöasioiden kanssa.

Kyselyssä ilmeni, että oman energiankäytön seuranta kiinnosti suurinta osaa vastaajista. Huomio kiinnittyi erityisesti työkaluihin, jotka voisivat auttaa tässä. Vastaajat myös luottivat tiedolla vaikuttamiseen: reilusti yli puolet vastaajista uskoi, että tieto ilmastonmuutoksesta vaikuttaa yksilön käyttäytymiseen. Helposti saatavalla, havainnollisessa muodossa olevalla tiedolla koetaan olevan merkitystä yksilöiden omassa energiankäytön hallinnassa. Vertailu ja faktapohjaisen kokonaiskuvan saaminen energia-asioista kiinnosti vastaajia.

Pelillisyyden merkitystä energia-asioissa ei erikseen määritelty kyselyssä, joten vastaajat vastasivat oman asiantuntemuksensa ja intuitionsa pohjalta. Osassa vastaajista pelilliset sovellukset herättivät kiinnostusta: erityisesti oman asumisen energiankäytön seurannassa ja vertailussa oltiin valmiita hyödyntämään peliä tai mobiilisovellusta. Kiinnostuksesta huolimatta käsitteellinen epävarmuus ilmeni kyselyn palautteissa, eivätkä kaikki osanneet arvioida pelien tehokkuutta esimerkiksi ilmastonmuutokseen liittyvässä viestinnässä. Vaikka vastaajilla oli kiinnostusta energiankäyttötietojen saatavuuteen visuaalisin ja digitaalisin työkaluin, varsinainen pelaaminen ei kiinnostanut kaikkia. Eräs vastaaja ei pitänyt ajatuksesta liittää pelaamista vakavaan asiaan ja piti tätä “sopulien puuhasteluna”, mutta toiset näkivät esimerkiksi strategiapelien käytössä mahdollisuuksia.

Keskeisenä huomiona oli, että vaikka peliteknologian tarjoamia työkaluja voidaan hyödyntää tiedon visualisointiin ja vuorovaikutteisten sovellusten kehittämiseen, tämän ei tarvitse tarkoittaa suoranaisen pelin kehittämistä. Pelillisyys ja visualisointi voivat toimia käyttökelpoisina työkaluina resurssitehokkaan energiankäytön edistämisessä.

Uusiutuvaa energiaa pelillistämässä

Uudet paikkatietoaineistot voivat toimia digitaalisena alustana monialaisissa sovelluksissa tukien suunnittelua, yhteistyötä ja päätöksentekoa (Virtanen 2015). Hankkeessa Aalto-yliopisto onkin lähestynyt pelillistämistä erityisesti paikkatietoa hyödyntävien konseptien ja demojen kautta. Kehitystyössä on hyödynnetty laajasti erilaisia paikkatietoaineistoja, kuten ilma- ja maalaserkeilausta, näistä tuotettuja maasto- ja rakennusmalleja, syvyyskamerapohjaista sisätilakartoitusta ja fotogrammetrisesti tuotettuja kolmioverkkopintamalleja.

Esimerkkinä laajojen alueiden energiatiedon visualisoinnista toteutettiin Otaniemen alueelta rakennusten kattojen aurinkoenergiapotentiaalin visualisointisovellus (Kuva 1). Sovelluksessa käyttäjä tarkastelee Otaniemen alueen kolmiulotteista mallia, johon aurinkoenergian tuotantopotentiaalitieto on liitetty. Virtuaalitodellisuuslaseilla 3D-mallin ja siihen liitetyn tiedon tarkastelu on hyvin intuitiivista (Virtanen 2017). Aurinkoenergian tuotantopotentiaalianalyysi on Espoon kaupungin tuottamaa avointa aineistoa.

Kuva 1. Otaniemen alueen aurinkoenergiapotentiaalin visualisointi.

Hankkeen toinen paikkatietoaineistoja hyödyntävä demosovellus toteutettiin hyödyntäen virtuaalitodellisuuslaseja ja Matterport-sisätilamittausjärjestelmällä automaattisesti tuotettua sisätilamallia (Kuva 2). Fyysistä ja todellista maailmaa yhdistelevässä demossa käyttäjä tarkastelee erilaisia energiaan liittyviä aineistoja, kuten uusiutuvan energian tuotantojärjestelmiä 3D-malleja ja globaaleja ilmastotilastoja, joita on tuotu tilaan virtuaalisina elementteinä (Kuva 3).

Kuva 2. Siimapuiston päiväkodin sisätilamallin osa – pelisovelluksessa päiväkotiympäristöä voi tarkastella myös lapsen perspektiivistä.

 

Kuva 3. Uusiutuvan energian tuotantojärjestelmiä esittäviä 3D-malleja (vasen) ja globaaleja ilmastotilastoja (oikea) esitettynä virtuaalisessa ympäristössä.

Johtopäätökset

Tulevaisuudessa kansalaisia palvelevat entistä korkealaatuisemmat ja fotorealistisemmat avoimet paikkatietoaineistot. Monet näistä ovat lisäksi enenevissä määrin avoimesti hyödynnettävissä sovelluskehitykseen. Hyvänä esimerkkinä voidaan mainita Helsingin kaupungin 3D-kaupunkimalli, joka tarjoaa realistisen 3D-näkymän koko kaupungista ja on saatavissa avoimena aineistona (Helsinki 2017). Tällaisten aineistojen avulla alueita ja ympäristöjä voidaan esittää verkossa kuvina, karttoina ja digitaalisina malleina, joita voidaan tarkastella ja muokata yhteistyössä (Julin 2016). Näiden mallien päälle voidaan kehittää rakennettuun ympäristöön sijoittuvia pelaamiseen ja oppimiseen tarkoitettuja sovelluksia ja simulaatioita,    joissa yhdistyvät paikkasidonnaisuus sekä uusiutuvien energioiden lisäämistä edistävä pelillinen konsepti. Paikkatietoaineistoja voidaan tuottaa energiateemaisiin “peleihin” kaupunkien ja MML:n lähdeaineistoista varsin laajasti. Tämä avaa erityisesti kaupunkisuunnitteluun ja rakennusalalle monia mahdollisuuksia toteuttaa tietoa visualisoivia kiertotalouden sovelluksia kaupunkiympäristöissä. Esimerkiksi rakennusten energiankulutusta, lämpövuotoja, materiaalivirtoja, varjoja ja anturidataa voidaan esittää realistisessa 3D-ympäristössä, yhdistäen rakennusten malleja laajempien alueiden 3D-mallinnuksiin. Tällöin voidaan tunnistaa erilaisia alueellisia riippuvuuksia.

Soludus-projektissa kehitetyt ja sovelletut menetelmät ovat sovellettavissa myös muissa hankkeissa, joissa käsitellään olemassa olevan ympäristön digitalisointia ja pelimoottorisovelluskehitystä. Toiminta pelimoottorien hyödyntämisen ja ympäristön mallien osalta jatkuu muun muassa Aalto-yliopiston OKM-rahoitteisessa “Virtuaaliseikkailu teatterin maailmaan” -hankkeessa, jossa selvitetään ja pilotoidaan digitaalisten sisätilamallien käyttöä teatterin yleisötyön tukena. (Suomen Teatterit 2017.)

Virtuaaliteknologiat ja 3D-aineistot palvelevat sekä kuluttajia että asiantuntijoita rakennettuun ympäristöön liittyvissä tehtävissä. Kaupunkisuunnittelussa virtuaali- ja lisätty todellisuus mahdollistavat suunnitelmien, aineistojen ja analyysien tulosten esittämisen havainnollisesti. Rakentamisessa suunnittelijat ja huoltohenkilökunta pääsevät tarkastelemaan suunnitelmia, rakennusten dokumentaatiota ja erilaisia mittaustietoja 3D-muodossa. (Virtanen 2016.) Esimerkiksi lämpökamerakuvat voidaan yhdistää rakennuksen 3D-malliin, jonka avulla suunnittelija pystyy ajasta ja paikasta riippumatta tunnistamaan tärkeimmät korjattavat kohteet rakennuksen vaipasta. Toimijoiden välisen koordinaation parantaminen ja ongelmien tunnistaminen jo suunnitteluvaiheessa auttavat nostamaan resurssitehokkuutta sekä uudis- että muutosrakentamisessa.

Kirjoittaja

Juho-Pekka Virtanen, TaM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopisto, juho-pekka.virtanen(at)aalto.fi
Kaisa Jaalama, HtM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopisto, kaisa.jaalama(at)aalto.fi
Arttu Julin, DI, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopisto, arttu.julin(at)aalto.fi
Harri Hahkala, DI, projekti-insinööri, Metropolia AMK, harri.hahkala(at)metropolia.fi
Matti Vaaja, TkT, professori, Aalto-yliopistossa, matti.t.vaaja(at)aalto.fi
Hannu Hyyppä, TkT, professori, Aalto-yliopistossa, hannu.hyyppa(at)aalto.fi


Helsinki. (2017). Helsinki 3D-kaupunkimalli. Haettu 1.2.2018 osoitteesta https://www.hel.fi/helsinki/fi/kaupunki-ja-hallinto/tietoa-helsingista/yleistietoa-helsingista/Helsinki-3d/

Julin, A., Virtanen, J-P., Hyyppä, H., & Hyyppä, J. (2016). 3D-kaupunkimallinnuksella kohti älykkäitä kaupunkeja. Teoksessa Digitaalista tulevaisuutta – Huippuosaamisella vaikuttavuutta ja vuorovaikutusta. Ahlavuo, M., Hyyppä, H. & Ylikoski, E. (toim.). Humanistisen ammattikorkeakoulun julkaisuja; no. 32, 123–130.

Neste EduCycle. (2017). Educycle – ympäristöoppia tulevaisuuden tapaan. Haettu 1.2.2018 osoitteesta https://www.neste.com/fi/educycle/topics/renewable-learning-space/32

Soludus -hanke. (2016). Haettu 1.2.2018 osoitteesta http://www.metropolia.fi/tutkimus-kehittaminen-ja-innovaatiot/hankkeet/soludus

Suomen Teatterit. (2017). Uudet teknologiat teatterissa – virtuaaliseikkailu vie katsojat kulissien taa. Haettu 1.2.2018 osoitteesta http://www.suomenteatterit.fi/2017/12/4618

Virtanen, J-P., Hyyppä, H., Kämäräinen, A., Hollström, T., Vastaranta, M., & Hyyppä, J. (2015). Intelligent Open Data 3D Maps in a Collaborative Virtual World. ISPRS International Journal of Geo-Information 4 (2), 837–857.

Virtanen, J.P., Kurkela, M., Hyyppä, H., Niemi, S., Kalliokoski, S., Vanhatalo, S., Hyyppä, J., & Haggrén, H. (2016). Visualization of building models and sensor data using open 3D platforms. Proceedings of the CIB World Building Congress (Vol. 4), 178–189.

Virtanen, J-P., Julin, A., Hyyppä, H., Ahlavuo, M., & Hyyppä, J. (2017). Tulevaisuuden avoimet kaupunkimallit. Maankäyttö. 2017, 4, 20–22. Haettu 1.2.2018 osoitteesta http://www.maankaytto.fi/arkisto/mk417/mk417_2015_virtanen_julin_et_al.pdf

Edellinen artikkeliSeuraava artikkeli

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *