Teknologiset innovaatiot kylien kehittämisessä

Kirjoittajat: Marika Ahlavuo, Sami Alho, Matti Kurkela, Jussi-Matti Kallio & Hannu Hyyppä.

Seinäjoen ammattikorkeakoulun (SeAMK) Liiketoiminta- ja kulttuuri sekä Ruoka -yksiköt ovat toteuttaneet yhteistyössä Aalto-yliopiston kanssa erilaisia virtuaalisuutta sisältäviä demoja, projekteja ja näyttelyitä. Artikkelissa keskitytään SeAMKin kanssa yhteistyössä tehtyihin digitaalisuutta ja virtuaalisuutta sivuaviin avauksiin ja hankkeisiin, joiden taustalla ovat pääosin SeAMKin virtuaalikylähanke ja kaksi YAMK-opinnäytetyötä. Virtuaalikylät 3D Liiverissä -hankkeessa on toteutettu uuden teknologian hyödyntämistä yhteistyössä Etelä-Pohjanmaan kylien ja niissä toimivien kyläaktiivien kanssa. Tarkastelemme artikkelissa 3D:n ja teknisten innovaatioiden näkökulmasta, kuinka kylien osaamista ja aktiivisuutta voidaan lisätä virtuaalitekniikalla. SeAMKin ja Aalto-yliopiston yhteistyön tuloksena on saatu ennakoitua tulevaisuuden suuntaviivoja 3D-virtuaalisuuden mahdollisuuksista kylien kehittämisessä.

Kuva 1. 3D-virtuaalisuus ja sen teknologiat mahdollistavat esteettömästi paikallisen historian, tarinoiden ja tiedon jakamisen. © Hyyppä & Ahlavuo.

Taustaa

3D-virtuaalisuudella tarkoitetaan tässä artikkelissa todellista tai mielikuvitusta vastaava kolmiulotteista näkymää.

SeAMK on käyttänyt aluekehittämisen aktivoimisessa virtualisointia kylätoimijoiden kanssa Virtuaalikylät 3D Liiverissä -hankkeessa muun muassa Ämmälänkylässä Seinäjoella ja Jalasjärvellä Kurikan kaupungissa. Haasteena tarkasteluissa on ollut löytää tapauskohtaisesti sopivin teknologia, tallennusmenetelmä, esitystapa ja saada valittu tekoprosessi tallennettua (ks. artikkelin pääkuva: 360-videota kuvattuna hevosen selästä © Ämmälänkylä).

SeAMKin ja Aalto-yliopiston yhteistyö liittyy myös Ammattikorkeakoulujen avoin TKI-toiminta, oppiminen ja innovaatioekosysteemi -hankkeeseen, jota koordinoi SeAMK vastaten hankkeesta yhdessä Laurea ammattikorkeakoulun kanssa. Hankkeeseen kuuluu yli 10 ammattikorkeakoulua ja Aalto-yliopisto. Tavoitteena on lisätä TKI-tiedon avointa liikkumista ammattikorkeakoulujen innovaatioekosysteemeissä, parantaa vuorovaikutusta sekä vähentää tiedon hyödyntämättömyydestä aiheutuvaa osaamis- ja innovaatiovajetta sekä testata aivan uudenlaisia projektit ylittäviä yhteistoimintatapoja.

Teknologiset innovaatiot ja roolit

Tarve oman elinympäristön esittämiseen digitaalisesti on globaali ilmiö. Ympäristöt, rakennukset ja hahmot halutaan esittää visuaalisesti kiinnostavasti ja mahdollisimman kustannustehokkaasti ja myös teollisen internetin käyttö lisää sovellusmahdollisuuksia. Aineistojen mittatarkkuus mahdollistaa niiden laajan hyödyntämisen niin kyläyhteisön arkisissa tapahtumissa kuin simuloinnissa, analysoinnissa ja pelillistämisessä.

Virtualisointi vaikuttaa merkittävästi alueiden kulttuuri- ja sosiaalisen pääoman elinvoimaistamiseen toimimalla sillanrakentajana aktiivisten kyläläisten ja heidän tarpeisiin soveltuvan visualisoinnin löytämisessä. Aineiston tallentamisen kohteena ovat olleet kylille tärkeiden toimintojen, tulevaisuuden suunnittelun tai kulttuuriperinteen esittely. SeAMK on toteuttanut yhteistyöverkostoissaan 3D-teknologialla toimivia virtuaalikylämalleja aidoista kohteista aktivoimalla virtuaalitoteutukseen monialaisen, organisaatiorajat ylittävän toimijajoukon.

Aalto-yliopiston Laserkeilauksen huippuyksikön (MeMo) kiinnostuksen kohteena ovat 3D-mittaus- ja mallinnusteknologioiden mahdollisuuksien testaaminen aidoissa ympäristöissä ja aluekehittämisessä, ja siellä syntyvän kulttuuri- ja sosiaalisen pääoman osaamisperusteisen kasvun tunnistaminen ja lisääminen.

3D-teknologioiden kuluttajakäyttösovellukset ovat melko tarkkoja, helppokäyttöisiä ja virtuaalimalleihin sopivia 3D-aineistoja voidaan toteuttaa nopeasti. Esimerkiksi tavallisillakin digitaalikameroilla voidaan tuottaa sisältöä virtuaalimalleihin. Panoraamakuvausta on voinut tehdä kännykällä jo pitkään, mutta 360-kamerat panoraamavideoineen ja laserkeilaus ovat askel eteenpäin. (Ahlavuo ym. 2016.)

Pelinomaiset toteutukset ja avaukset yleistyvät

Monet uusista paikkatietoteknologioista ovat viime aikoina yleistyneet ja sekoittuneet keskenään kuluttajasovelluksiksi. Haasteena on vastata siihen, kuinka 3D-paikkatietopohjaisella visuaalisuudella toteutetaan kestäviä, personoituja ja joustavia palveluita ja ratkaisuja ja voidaanko olemassa olevaa 3D-buumia hyödyntää alueiden hyödyksi. (Hyyppä ym. 2017.)

Lisätyn ja laajennetun todellisuuden sovellukset ovat yleistyneet ja alueiden erityispiirteitä voidaan tuoda esille monialaisissa virtuaalituotannoissa. Esimerkkinä lähihistoriaan sijoittuva ja palkittu multimediateos Svenska Ylen ”Ääniä sielujen huoneista” -virtuaalikuunnelma, jossa kuultiin Lapinlahden mielisairaalan tarinoita osana Suomen historiaa (Yle, 2017.) Toinen virtuaalikuunnelma ”Aikamatka kuoleman selleihin” oli osa 3D-kulttuurihubi-hanketta, jossa näkemällä ja kokemalla virtuaalikuunnelman voi ymmärtää paremmin Suomenlinnan vankilaosaston karuja olosuhteita vuonna 1918 (Yle 2018).

Virtuaalikylät 3D

SeAMKin virtuaalikylät-hankkeessa toteutetaan ratkaisuja, jotka edistävät kylien aktiviteettia, markkinointia, tunnettavuutta ja houkuttelevuutta sekä kansallisella että kansainvälisellä tasolla. Koska nykytekniikalla voidaan mallintaa ja tallentaa esimerkiksi rakennuksia, maisemia ja historiallisia kohteita, hankkeen tehtävänä olikin löytää parhaiten soveltuvat ratkaisut, opastus ja koulutus projektin parissa työskenteleville kylien asukkaille. (Liiveri 2017.)

Virtuaalikylähankkeen työpajoissa kyseltiin kyläläisten sisältötoiveita, aktiiviset kyläläiset haastateltiin, heidän kanssa kierrettiin kohteet ja aloitetiin virtuaalisovellusten rakentaminen. Hanke loppuu varsinaisesti vuoden 2018 lopulla. Tuotteet ovat koekäytössä, jolloin vasta vuoden 2019 alussa nähdään, millaisia virtuaalitoteutuksia alueen kyläkohteista on yhteistyössä saavutettu.

Yhtenä kohteena on kylätalo, johon kyläläiset voivat kokoontua oman tietokoneensa tai mobiililaitteensa kautta. Talo mallinnetaan kolmiulotteisesti ja se sisältää paikallista historiaa, tarinoita ja jakaa tietoa omasta kylästä sekä esimerkiksi siitä, miten kyseinen rakennus liittyy kylän historiaan. (Liiveri 2017.)

SeAMKin opiskelijoita on hyödynnetty rakennusten mallinnuksessa, koska mittauksia varten oli ymmärrettävä rakennuksista olennainen, jotta mallinnus voidaan tehdä tarkasti (Lappalainen 2018).

Virtuaalikylät-hankkeen tavoitteena on ollut uudenlaisen alueen elinvoiman ja sen asukkaiden hyvinvoinnin edistäminen, joten voidaan todeta, että tämä tavoite ollaan jo saavutettu tässä hankkeessa.

Virtuaalisuudesta saatuja kokemuksia hyödynnetään tulevassa SeAMKin opinnäytetyössä seuraavaksi Kuninkaantien varrella sijaitsevan Träskändan kartanon kokeilun avulla 2019. Kohteen tunnettavuutta on tarkoitus edistää tuottamalla uudenlaisia virtuaalimalleja ja visuaalisuutta kytkemällä näihin ääntä ja tuottaa kohteesta mm. kolmiulotteinen audiovisuaalinen taideteos ja pelejä. Tavoitteena on, että kartanolla ja sen ympäristössä voidaan järjestää kuntalaisille avointa ja osallistavaa kulttuuri- ja vapaa-ajan toimintaa sekä nostaa nuorisohankkeen myötä virtuaalisuus ja sovellukset sekä käyttömahdollisuudet nuorten suomalaisten tietoisuuteen. Tutkimuksessa tuotettua aineistoa hyödynnetään jatkossa alueen kehittämisessä, markkinoinnissa sekä historian dokumentoinnin alustana. (Ahlavuo 2018.)

Digityötapojen yhdessä opettelua

Kehitettäessä aluetta tai kylää on hyödynnetty kansalaisten osallisuutta ja tuotu uusia elementtejä osaamispääomaan. Virtuaalitoteutuksessa yhdistyvät parhaimmillaan huippututkimuksen tieto aktiiviseen kylätoimintaan ja kaupungin aluesuunnitteluun. Osallistamalla, käyttäen mm. työpajoja, eri aluetoimijat on saatu aktiiviseen vuorovaikutukseen keskenään ja oppimaan uusia digitaalisia taitoja (Liiveri 2018). Toisaalta koko teollisen internetin hyödyntämisen potentiaali kylissä, maaseudulla ja yleisesti agroteknologiassa parantaa alueiden elinvoimaisuutta (Kallio 2018).

Nykyään vaikuttavan näköistä 3D-virtuaalisuutta voidaan toteuttaa melko helposti tuottamilla paikkaan sidottuja malleja digitaalikameroilla. Tämä luo pohjaa avoimelle, osallistavalle ja joukkoistavalle aluekehittämiselle pienissäkin kylissä. Kehitys tapahtuu yhteiskehittämisen ja kokeilukulttuurin voimalla.

Ämmälänkylän historiikkia toteutetaankin nyt virtuaalisena. Historiikki toimii alustana tulevaisuuden suunnittelussa ja kulttuuriperinteen tallentamisessa. Painetun historiikin sijaan virtuaalimalliin liitetään kyläläisten tuottamaa tekstiä, videoita ja äänitallenteita. Virtuaalimallin päivitykseen ovat osallistuneet kyläaktiivien lisäksi nuoret. Tavoitteena onkin saada uutta yleisöä osallistumaan produktioon esteettömästi ajasta ja paikasta riippumatta. Lisäksi tutkitaan käyttäytymisen muutosta. Tuotoksena on tarinallistettu myös kylän läpi menevän tien ympäristöä, luontoa, rakennuksia ja tarinoita mm. visualisoimalla luontoa ja harrastusmahdollisuuksia esimerkkinä ratsastaen tehty 360-video. (Vinni 2018.)

Jalasjärven alueen matkailunähtävyys on ns. Pirunpesä. Kohde on suljettu talvikaudet, joten digitaalisen mallin toivotaan lisäävän kiinnostusta kohteeseen ja sitä ympäröivään alueeseen virkistäen alueen liiketoimintamahdollisuuksia.

Kuva 2. Pirunpesä mallinnettuna © Matti Kurkela.

Kyläperinteet ja digisukupolvi kohtaavat

Kylien perinnetiedon ja digisukupolven kohtaaminen ja tulevaisuuden suunnittelu ovat mahdollisia virtuaalialustassa. 3D-virtuaalisuus toimii hyvin yhteisöllisenä kokeilualustana ja fyysisten, sosiaalisten ja psyykkisten tilojen ja alueiden kokonaisuutena. Virtuaaliproduktiot mahdollistavat tapahtuman päivittymisen ja sitä avautuu uusia keinoja yhteisöllisyyden rakentamiseen ja alueellisten toimintojen sitomiseen vahvemmin osaksi aluekehittämistä. Historia, nykyisyys ja tulevaisuus esiintyvät virtuaalimaailmojen kohteissa esteettömästi ja helposti saavutettavina. Tekoälyn ja tietokonenäön myötä mallinnusten automaatioaste ja käytettävyys paranevat entisestään.

Kuva 3. Lisätty todellisuus mahdollistaa kylien ja alueiden tulevaisuusvisiot © Henrik Gullmets & Milka Nuikka.

Joukkoistamalla virtuaalitoteutusta voidaan yhdistää paikkaan sidottua tietoa, kokemuksellisuutta ja mediasisältöä historiasta ja tulevaisuudesta. Suuri määrä digitaalista tekniikkaa ja aineistoa kuvineen, tarinoineen, videoineen yhdistettynä interaktiivisuuteen lisätyssä todellisuudessa vaativat onnistuakseen monialaista yhteistyötä. Tuloksena SeAMKin ja Aallon vuosien yhteistyöstä on saatu lupaavia kokemuksia, jotka osoittavat, miten korkeakoulu ja yliopisto voivat tuoda totuttua nopeammin omaa osaamistaan aktiivisen aluekehityksen tueksi. Virtuaalisuus luo myös pohjaa nopealle hiljaisen tiedon visualisoinnille ja nostaa kylien osaamista esille. Virtuaalisuus on parhaimmillaan myös aluedemokratiaa edistävä ja tasapainottava työkalu. Virtuaalitarinoiden toteutus vaihtuvine sisältöineen onnistuu jo nyt myös kylissä, kyläläisten osaamisella.

Kirjoittajat

Marika Ahlavuo, tiedetuottaja, kulttuurituottaja, Aalto-yliopiston ja Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen yhteinen MeMo-instituutti, marika.ahlavuo(at)aalto.fi

Sami Alho, projektipäällikkö, Seinäjoen ammattikorkeakoulu, SeAMK, sami.alho(at)seamk.fi

Matti Kurkela, 3D-studio manager, TkL, TaM, Aalto-yliopisto, matti.kurkela(at)aalto.fi

Jussi-Matti Kallio, projektipäällikkö, Seinäjoen ammattikorkeakoulu, SeAMK, jussi-matti.kallio(at)seamk.fi

Hannu Hyyppä, professori, TkT, dos. Aalto-yliopisto, hannu.hyyppa(at)aalto.fi

Ahlavuo, M. (2018). 3D- virtuaalisuuden mahdollisuudet alueellisessa kulttuuri- ja tapahtumatuotannossa. Seinäjoen ammattikorkeakoulu. Liiketoiminta- ja kulttuuriala. Julkaisematon raportti.

Ahlavuo, M., Hyyppä, H., Virtanen, J-P., Vaaja, M. T., Kurkela, M., Julin, A., Kauhanen, H., Kukko, A., Siirala, H., Kaartinen, H. & Hyyppä. J. (2016). 3D-mittaustekniikoita ja niiden käyttömahdollisuuksia. Teoksessa Digitaalista tulevaisuutta – Huippuosaamisella vaikuttavuutta ja vuorovaikutusta. Ahlavuo, M., Hyyppä, H. & Ylikoski, E. (toim.). Humanistisen ammattikorkeakoulun julkaisuja 32, 72-84.

Hyyppä, H., Ahlavuo, M., Hellman, T., Alho, S., Leikkari, E., Virtanen, J-P., Kukko, A., Kurkela, M. & Päällysaho, S. (2017). Kuinka 3D:tä voitaisiin hyödyntää entistä enemmän? 23 marraskuuta 2017 julkaisussa @SeAMK verkkolehti. 11

Kallio, J-M. (2018). Teollisen internetin hyödyntäminen agroteknologiassa. Seinäjoen ammattikorkeakoulu. Teknologiaosaamisen johtaminen. Ylempi AMK-työ.

Lappalainen, H. (2018). Haastattelu Heidi Lappalainen, agrologiopiskelija SeAMK 3.10.2018.

Liiveri (2017). Virtuaalikylät 3D -hanke kutsuu Liiverin alueen kylät mukaan kolmiulotteiseen todellisuuteen. Haettu 1.10.2018 osoitteesta https://www.liiveri.net/artikkelit/virtuaalikylat-3d–hanke-kutsuu-liiverin-alueen-kylat-mukaan-kolmiulotteiseen-todellisuuteen

Vinni, M. (2018). Haastattelu Maarit Vinni, pj. Ämmälä-Seura ry. 3.10.2018.

Yle (2017). Sportreferat, De Eurovisa, nyhetssändningar om terror och Strandbergs videor – Svenska Yle premierar det bästa innehållet 2016 Haettu 1.10.2018 osoitteesta https://svenska.yle.fi/artikel/2017/06/06/sportreferat-de-eurovisa-nyhetssandningar-om-terror-och-strandbergs-videor

Yle (2018). Röster Ur Dödens Väntrum. Haettu 1.10.2018 osoitteesta https://svenska.yle.fi/dataviz/2018/sveaborg1918/RosterUrDodensVantrum/Builds/AaniaKuolemanPorstuasta/index.html

3D-kaupunkimallit ja virtuaalisuus aluekehityksen työkaluiksi

Kirjoittajat: Juho-Pekka Virtanen, Kaisa Jaalama, Arttu Julin, Matti Kurkela, Mikko Maksimainen, Matti T. Vaaja & Hannu Hyyppä.

3D-kaupunkimallien kehitys etenee kohti vuorovaikutteista ja älykästä kaupunkiympäristön digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön toimijat voivat saada tietoa älykkään kaupungin toiminnasta, suunnitelmista ja infrastruktuurista. Tiedon hyödyntämisen lisäksi kansalaiset, viranomaiset, yhteisöt ja yritystoimijat voivat myös viestiä omasta toiminnastaan ja tarpeistaan, joko suoran osallistumisen tai muiden palveluiden käytön kautta kertyvän tiedon muodossa. Tulevaisuuden 3D-kaupunkimallit palvelevat monipuolisesti niin kaupunkeja, asukkaita kuin liike-elämääkin.

Kaupunkiympäristön uudet haasteet

Kaupunkiympäristöihin kohdistuu lähitulevaisuudessa useita suuria haasteita: Ilmastonmuutos ja ekologinen kestävyys edellyttävät nykyistä energiatehokkaampaa ja resurssiviisaampaa toimintaa. Digitalisaation myötä kaupunkien pitäisi pystyä toimimaan alustana myös digitaalisessa maailmassa. Työnteon pirstaloituminen ja palvelusektorin korostuminen osana elinkeinorakennetta puolestaan edellyttävät kaupunkiympäristöltä joustavuutta ja mukautettavuutta. Kaupungin sosiaalisen ja fyysisen ympäristön muutoksen lisäksi myös teknologinen kehitys asettaa paineita kaupunkien infrastruktuurille: kaupunkien pitäisi pystyä valmistautumaan esimerkiksi tiheiden 5G-verkkojen pystyttämiseen ja autonomisten ajoneuvojen aiheuttamiin muutoksiin liikkumisessa.

Näihin muutospaineisiin vastaaminen edellyttää yhteistoimintaa: kehitystyössä pitää pystyä ylläpitämään vuoropuhelua kaupunkiympäristön lukemattomien eri toimijoiden ja sidosryhmien kanssa tarpeiden ja intressien huomioimiseksi. Tavoitteena tulisi olla teknologian mahdollisimman tehokas hyödyntäminen ja yhteiskehittämisen optimointi, jotta rajallisista resursseista saadaan paras mahdollinen hyöty. Kaupunkiympäristön kehittäjät pitäisi saada pelaamaan aiempaa vahvemmin yhteen, jotta energiatehokkuuden, sosiaalisen kestävyyden ja monikäyttöisyyden tarpeisiin pystytään vastaamaan.

Työkaluja ja tietolähteitä

Kaupunkimallit lähestyvät osallistavaa kaupunkikehittämistä: Visiona on, että 3D-kaupunkimallista tulee tulevaisuudessa käyttöliittymä kaupunkiympäristöön ja osallistumista entisestään tukeva vuorovaikutteinen alusta, jonka kautta käyttäjät pääsevät tarkastelemaan sekä kaupunkiympäristön nykytilaa että suunnitelmia tulevista muutoksista (Virtanen ym. 2017). Erityisesti suuremmat kaupungit ovat Suomessa heränneet kehittämään kaupunkimallinnustoimintaansa systemaattisesti (Julin ym. 2018), monesti yhteistyössä korkeakoulujen kanssa. Yksi esimerkki tästä on hiljattain päättynyt Oulun yliopiston, Aalto-yliopiston ja Maanmittauslaitoksen Paikkatietokeskuksen 6Aika-projekti “AKAI”, jossa erityisesti pyrittiin kehittämään avoimia alustoja moniaineistoisille, mittatarkoille ja yksityiskohtaisille 3D-kaupunkimalleille (6Aika 2018).

Osana digitalisaatiota pelillistämisestä on tullut keskeinen osa palvelusuunnittelua. Tiedon visualisoinnin ja vuorovaikutuksen lisäksi kaupunkimalleja hyödyntävät sovellukset voivatkin tulevaisuudessa entistä useammin sisältää myös pelillisiä komponentteja. Esimerkiksi EAKR-rahoitteisessa Soludus -projektissa Aalto-yliopisto ja Metropolia kehittivät menetelmiä paikkatietoaineistojen, yksityiskohtaisten sisätilamallien ja energiatiedon hyödyntämiseksi pelimoottorialustalla (Virtanen ym. 2018).

Kuva 1. Digitaalisia malleja ja niitä hyödyntäviä sovelluksia voidaan tuoda älylaitteisiin ja jakaa internetin yli. Käyttäjän näkökulmasta aineistot itsessään eivät ole arvokkaita, hyöty syntyy aineistoja hyödyntävien sovellusten kautta.

Osallistavan kaupunkikehittämisen kannalta kolmas merkittävä tutkimussuunta on joukkoistettu kartoitus. Kaupunkiympäristöstä voidaan kerätä tietoa esimerkiksi paikkatietoa hyödyntävien kyselyiden kautta. Tällä PPGIS (Public Participation Geographic Information System) -lähestymistavalla on menestyksekkäästi kartoitettu esimerkiksi kaupunkien palveluverkon aukkoja ja parannusta vaativia julkisia tiloja. Tietolähteeksi voivat muodostua myös erilaiset palvelut, joissa paikkatietoa syntyy palvelun käytön sivutuotteena. Konkreettinen esimerkki tästä on Uber-palvelun keräämä data, joka tarjoaa ennennäkemättömän yksityiskohtaista, aikaan ja paikkaan sidottua tietoa kaupungissa liikkumisesta.

Tarpeita tutkimukselle ja kehitykselle paikkatietoteknologian alueella

Uusien työkalujen ja aineistolähteiden hyödyntäminen edellyttää koulutusta, tutkimusta, innovaatioita ja yhteistyötä kaupunkien ja korkeakoulujen kanssa. Paikkatietoteknologian alueella selkeitä tutkimustarpeita ovat uusien datavirtojen yhdistäminen olemassa oleviin aineistoihin. Dataintegraatiota tarvitaan sekä uusien sensoreiden tuottamien tietojen, että joukkoistamalla tuotetun, kokemuksellisen tiedon yhdistämiseksi jo olemassa olevien aineistojen kanssa. On epärealistista kuvitella, että kaikki kaupunkiympäristön eri aineistolähteet pystyttäisiin keräämään yhteen paikkaan yksittäisen toimijan puolesta. On kuitenkin varmistettava, että mikäli tietoja halutaan yhdistää, se on tarvittaessa mahdollista. Tämä edellyttää sovellusnäkökulman huomioon ottamista kaupunkien paikkatietoa kehitettäessä. Tältä osin on myös tärkeää kehittää kaupunkien prosesseja enemmän yhteismitallista, paikkaan sidottua tietoa tuottavaksi. Kaupungin tulisi toimia tiedon kerääjänä, jakelijana ja uusien tietoaineistojen innovoijana, enemmän kuin siilomaisesti tuotettujen rajoitettujen aineistojen vartijana.

Sensoriteknologian kehityksen myötä kaupunkiympäristöä pystytään myös mittaamaan yhä monipuolisemmin. Esimerkkejä kaupunkiympäristön mittausmahdollisuuksista ovat laajojen alueiden lämpökamerakuvaukset, valaistuskartoitukset (Kurkela ym. 2017) ja maankäytön luokittelun automatisointi. Sensoriteknologian ja älykkäiden kuluttajalaitteiden kehitys voi myös tehdä kansalaisesta 3D-kartoittajan (Hyyppä ym. 2017). Myös itseajavat autot, joissa joka tapauksessa on 3D-kartoituksen mahdollistavia sensoreita, voivat muodostua kaupunkiympäristön lähes reaaliaikaiseksi tietolähteeksi. Rikastamalla perinteisiä paikkatietoaineistoja näillä uusilla ulottuvuuksilla pystytään tekemään tarkempia tulkintoja kaupunkien toimivuudesta ja kestävyydestä, esimerkiksi luomaan lisäarvoa kaupunkien viherympäristöjen monitorointiin (Jaalama ym. 2017).

Kuva 2. Kaupunkiympäristöä pystytään mittaamaan yhä kattavammin ja monipuolisemmin. Kuvassa esimerkki 3D-kartoitukseen yhdistetystä valaistusolosuhteiden mittauksesta, jonka pohjalta katuvalaistuksen toimivuutta pystytään arvioimaan aiempaa tarkemmin.

Kaupunkianalyytikkaa (urban analytics) käytetään terminä kuvaamaan kaupungin havainnointia usean eri tason, tietolähteen ja joskus myös reaaliaikaisuuden kautta (Kitchin 2014). Uuden, monipuolisemman tiedon hyödyntäminen edellyttää uusia lähestymistapoja kaupunkitiedon käsittelyyn. Monesti tämä tarkoittaa suuria tietoaineistoja hyödyntävien analyysimenetelmien kehittämistä, koska käsin tehtävät analyysit eivät skaalaudu tiedon yksityiskohtatason noustessa.

3D-teknologiaa hyödyntävät tulevaisuuden kaupungissa niin kaupalliset toimijat kuin asukkaat

Yksityiskohtaista, moniulotteista tietoa sisältävä kaupunkimalli tarjoaa yhteisen alustan kaupunkisuunnitteluun ja asukasvuorovaikutukseen. Kansalaisten ja viranomaisten lisäksi myös erilaiset yritykset voivat hyödyntää virtuaalisia ympäristöjä. Virtuaalisten kokemusten avulla paikalliset tuottajat tavoittavat asiakkaita myös muilta alueilta: esimerkiksi kasvukeskusten ulkopuolella sijaitsevat kulttuuriproduktiot hyötyvät tällaisesta paikasta riippumattomasta kokemisesta. Virtuaaliset kokemukset myös tukevat esteettömyyttä ja helpottavat osallistumista. Virtuaalimalleihin liittyvät ansaintalogiikat voivat monipuolistua, jos 3D-teknologiaa osataan hyödyntää liiketoiminnassa.

Korkeakoulut ovat alueiden kehittämistyössä tärkeitä toimijoita, sillä ne ovat paikallisesti keskeisessä asemassa kulttuurisen ja sosiaalisen pääoman välittäjänä. Aalto-yliopiston tutkijat ovat viime vuosina osallistuneet ammattikorkeakoulujen kanssa alueiden kehittämistyöhön erityisesti 3D-kaupunkimallien käytön edistäjänä. Tutkijat ovat kehittäneet 3D-kaupunkimalleja kohti digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön eri toimijat, kuten aluesuunnittelijat, päättäjät ja asukkaat, voivat osallistua alueiden uudistamiseen.

Interaktiivisen 3D-kaupunkimallin tarkoituksena onkin saattaa eri toimijat yhteen ja tukea vuoropuhelua osana aluekehittämistä. Todelliseen kaupunkiin perustuva mittatarkka 3D-malli mahdollistaa muun muassa aluekehittämisen vaikutusten virtuaalisen tarkastelun ja simuloinnin. Näkymänä on, että tulevaisuuden 3D-paikkatieto palvelee monipuolisesti niin kaupunkeja, asukkaita kuin liike-elämääkin.

Artikkelin pääkuva: 3D-kaupunkimallien kehitys etenee kohti vuorovaikutteista ja älykästä kaupunkiympäristön digitaalista kaksosta, jonka kautta kaupunkiympäristön toimijat voivat saada tietoa ympäristön toiminnasta, suunnitelmista ja infrastruktuurista. 3D-malli: Helsingin kaupunki.

Kirjoittajat

Juho-Pekka Virtanen, TaM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, juho-pekka.virtanen(at)aalto.fi

Kaisa Jaalama, HtM, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, kaisa.jaalama(at)aalto.fi

Arttu Julin, DI, tohtorikoulutettava, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, arttu.julin(at)aalto.fi

Matti Kurkela, TkL, TaM, studio manager, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, matti.kurkela(at)aalto.fi

Mikko Maksimainen, TkT, tutkijatohtori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, mikko.maksimainen(at)aalto.fi

Matti T. Vaaja, TkT, professori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, matti.t.vaaja(at)aalto.fi

Hannu Hyyppä, TkT, professori, Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoulu, hannu.hyyppa(at)aalto.fi

6Aika-strategia­toimisto (2018). Tuloksia: Avoin kaupunkimalli avoimena innovaatioalustana (AKAI). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://6aika.fi/tuloksia-avoin-kaupunkimalli-avoimena-innovaatioalustana-akai/

Hyyppä, J., Virtanen, J.P., Jaakkola, A., Yu, X., Hyyppä, H. & Liang, X. (2017). Feasibility of Google Tango and Kinect for crowdsourcing forestry information. Forests 9(1). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://doi.org/10.3390/f9010006

Jaalama, K., Hyyppä, H., Ahlavuo, M., Räty, S., Julin, A., Virtanen, J-P., Kurkela, M. & Vaaja, M. (2017). Viherrakenteen 3D-mittauksella hyvinvointia elinympäristöstä. AMK-lehti/UAS Journal 2/2017. Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://uasjournal.fi/2-2017/viherrakenteen-3d-mittauksella-hyvinvointia-elinymparistosta/

Julin, A., Jaalama, K., Virtanen, J.P., Pouke, M., Ylipulli, J., Vaaja, M., Hyyppä, J. & Hyyppä, H. (2018). Characterizing 3D City Modeling Projects: Towards a Harmonized Interoperable System. ISPRS International Journal of Geo-Information 7(2). Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://doi.org/10.3390/ijgi7020055

Kitchin, R. (2014). The real-time city? Big data and smart urbanism. GeoJournal 79(1).

Kurkela, M., Maksimainen, M., Vaaja, M.T., Virtanen, J.P., Kukko, A., Hyyppä, J. & Hyyppä, H. (2017). Camera preparation and performance for 3D luminance mapping of road environments. Photogrammetric Journal of Finland 25(2). Haettu 2.11.2018 osoitteesta https://foto.aalto.fi/seura/julkaisut/pjf/pjf_e/2017/PJF2017_Kurkela_et_al.pdf

Virtanen, J-P., Julin, A., Hyyppä, H., Ahlavuo, M. & Hyyppä, J. (2017). Tulevaisuuden avoimet kaupunkimallit. Maankäyttö 4. Haettu 5.10.2018 osoitteesta http://www.maankaytto.fi/arkisto/mk417/mk417_2015_virtanen_julin_et_al.pdf

Virtanen, J-P., Jaalama, K., Julin, A., Hahkala, H., Vaaja, M. & Hyyppä, H. (2018). Pelillistäminen, paikkatieto ja uusiutuva energia – energiankäytön seurannan ja visualisoinnin mahdollisuuksista. AMK-lehti/UAS Journal 1/2018. Haettu 5.10.2018 osoitteesta https://uasjournal.fi/1-2018/pelillistaminen-paikkatieto/

3D- ja valokuvausstudiot digitaalisina oppimisalustoina

Kirjoittajat: Matti Kurkela, Marika Ahlavuo, Hannu Hyyppä, Juho-Pekka Virtanen, Matti Vaaja, Petri Rönnholm, Antero Kukko, Arttu Julin, Matias Hyyppä, Henrik Haggrén

3D-studion rooli

3D-studio muodostaa luonnollisen ympäristön opetus- ja tutkimushenkilöstön vuorovaikutukselle. Käytettävät teknologiat ulottuvat laser- ja kuvamittauslaitteista anturi-, paikannus- ja navigointiteknologioihin. Käytännössä laitteet tuottavat digitaalista aineistoa, ja mittausskaala vaihtelee mikroskooppisen pienistä kohteista taivaankappaleisiin. Opetus pohjautuu osaltaan kokeilukulttuuriin ja toisaalta pedagogiikkaan, joka varmistaa opiskelijoille globaalisti vertailukelpoiset oppimistulokset. Näin saavutetaan inspiroiva ja nopea tiedonkulku – positiivinen tiedon kehä. Verkostokumppaneillakin on entistä paremmat mahdollisuudet löytää oman alansa erityisosaajia.

Kuva 1. Kasvottoman opettaja- ja tutkijajoukon sijaan studiot toimivat tilana, jotka mahdollistavat uusien kokeilevien pilottien käynnistämisen potentiaalisten yhteistyökumppanien kanssa. © Aalto & FGI

Oppimisprosessi

3D-studio herättää motivaatiota ja innostusta, jotka ovat tärkeitä tekijöitä oppimisprosessissa. Tämä käy hyvin ilmi geoinformatiikan maisteriohjelman vuosittaisilla opiskelijoiden tutustumispäivillä, joilla opiskelijat ja yritysten edustajat pääsevät yhdessä tutustumaan 3D-studion toimintaan ja henkilökuntaan. Innostuminen on selkeästi havaittavissa sekä opiskelijoiden että yritysedustajien kommenteista, kun he pääsevät katselemaan ryhmän tuottamia 3D-malleja seinän kokoisilta näytöiltä, näkevät 3D-tulostusten valmistumista ja tutustuvat mittauskalustoon.

Studiokokonaisuudet pohjautuvat virtuaalisen ja fyysisen maailman yhdistäviin työkaluihin. Pedagogisesta näkökulmasta digitaalisuus, kolmiulotteisuus ja visuaalisuus hyödyntävät käsitteitä visuaalinen ehdollistaminen (visual conditioning) ja virtuaalinen ehdollistaminen (virtual conditioning). Nämä tulevat klassisen ehdollistumisen ja muistin ulkoistamisen teoriakäsityksistä. Kumpikin perustuu ihmisen tahdosta riippumattomiin aistitoimintoihin. Ärsykkeen voi laukaista esimerkiksi väri, haju, ääni tai paikka. (Allen & Madden 1985.) Virtuaalinen ympäristö helpottaa esimerkiksi muistamaan aitoja maisemia ja reittejä. Virtuaalisella ehdollistamisella ärsytetään muistia tietyllä pikkutarkalla näkymällä, jolloin muistamme asian, kun sama näkymä tulee vastaan. Virtuaalinen ympäristö digitaalisena oppimisalustana vähentää reaalimaailmassa tapahtuvia inhimillisiä virheitä ja nopeuttaa haluttuun oppimistavoitteeseen pääsyä. 

Kuva 2. 3D- ja valokuvausstudion toimintaidea. © Hannu Hyyppä & Matti Kurkela & Anttoni Jaakkola & Antero Kukko & Marika Ahlavuo & Juho-Pekka Virtanen & Harri Kaartinen

Studiot tukevat visuaalista oppimista ja kokeilukulttuuria

Suomessa on ollut painetta toteuttaa uudenlaisia oppijalähtöisempiä opetusmenetelmiä ja avoimia oppimisympäristöjä. 3D-studiossa on mahdollista oppia, tutkia ja toteuttaa digitaalisen tiedon hankkimista, tuottamista ja jakamista yksin tai yhdessä. Studiossa vertaisoppiminen tehostuu, kun hyödynnetään tietoisesti ja tiedostamatta oppimista. Tämä tehdään seuraamalla ja havainnoimalla toisten työskentelyä sekä etsimällä ja pohtimalla yhdessä kollegojen kanssa ratkaisuja ongelmallisiin tilanteisiin. 3D-teknologian visuaaliset piirteet, immersiivisyys ja vuorovaikutteisuus mahdollistavat aktiivisuutta ja oppimiskokemuksen syvällisyyttä. 3D-teknologian lisäarvoja ovat muun muassa korostunut läsnäolon voima, tilan ja perspektiivin taju sekä turvalliset ympäristöt riskien ottamiseen. (Laakkonen, Manninen & Juntunen 2014; Dalgarno & Lee 2010; Kapp & O’Driscoll 2010; Dickey 2005.)

Tiede ja taide kohtaavat studioissa

3D-studiossa edistetään rakennettuun ympäristöön liittyvää opetusta, perustutkimusta sekä uusimpien 3D-mittausteknologioiden kehittämistä. 3D-studiossa työskentelevillä on käytössään ajankohtaiset tutkimusvälineet, -laitteistot ja -aineistot sekä niihin liittyvät tilat ja palvelut. Omien mittauslaitteiden rakentelu mahdollistaa erilaisia sovelluksia opetuksessa ja tutkimuksessa. Tutkimusyhteistyö Paikkatietokeskuksen ja Aalto-yliopiston välillä on tuottanut myös kansainvälistä huomiota saaneita henkilökohtaisen kartoituksen ratkaisuja ja laitteistoja. Ajankohtaisille tutkimusaiheille on edelleen jatkuvaa kysyntää myös rahoittajien ja teollisuuden suunnalta.

Valokuvausstudio on syntynyt entisen Teknillisen korkeakoulun fotogrammetrian valokuvauslaboratorion perustalle. Itserakennetut laitteistot mahdollistavat maailmanluokan opetuksen ja tutkimuksen. Nykyisin valokuvamaisia kuvia tuotetaan myös erilaisilla sensoreilla, joten niiden tuottamat kuvat rinnastetaan valokuviin. Oman laitteistokehityksen lisäksi on tärkeää seurata ja testata muun maailman kehittymistä ja verrata laitteistojen suorituskykyä ja laatua. Erilaisten mittausantureiden ja kuvaavien sensoreiden käytettävyys selviää vain rakentamalla ja testaamalla laitteita. Taide ja kultturi ovat yhä tiiviimmin mukana studioiden toiminnassa, osaltaan valokuvauksen takia ja toisaalta uudenlaiset kuvaustavat muodostavat alustan erilaiselle taiteelle, kuten 3D-printtaus-, pistepilvi- tai satelliittikuvataiteelle.

Studioiden teknologia opetus- ja tutkimuskäytössä

3D- ja valokuvausstudio on varustettu uusilla 3D-tekniikoilla kuten laserskannereilla ja lisätyn todellisuuden laitteilla. Ennakoivassa suunnittelussa virtuaalisissa ympäristöissä voidaan testata tarkoilla 3D-malleilla esimerkiksi ajokäyttäytymistä, ajettavuutta, valaistusta ja väylien ympäristöä sekä niiden ominaisuuksia. Virtuaaliset työkalut ovat lisääntyneet myös osana työntekoa ja oppimista ja samalla lähentäneet virtuaalista ja fyysistä maailmaa. 3D-studio mahdollistaa eri tahojen välisen yhteistyön koko maan laajuisesti. (Kurkela ym. 2016.)

Opinnäytetöiden tekijöille ja tutkijoille 3D-studio tarjoaa mittausväline- ja ohjelmistoresursseja, monipuolisia aineistoja sekä henkilökunnan laaja-alaista tukea. Opinnäytetyöprosesseissa esille tulleet uudet ideat on voitu käytännössä toteuttaa studion resurssien avulla varsin nopealla aikataululla. 3D-studio luo erinomaiset edellytykset uuden kokeilemiselle, oppimiselle ja opinnäytetöille.

3D-sovellusalueiden kirjo laajenee jatkuvasti

3D-studion visiona on toimia kolmiulotteisuuden ja virtuaalisuuden kotimaan ja kansainvälisen tason yhdistävänä linkkinä. Suomen Akatemian Laserkeilaustutkimuksen huippuyksikön fotogrammetria- ja laserkeilausosaamista on viime aikoina käytetty yhä enemmän myös taiteen ja kulttuurin saralla muun muassa virtuaalisuuden, 3D-tulostuksen, hahmokuvausten sekä kulttuurikeskusten digitalisoimisessa.

Viimeaikaisia läpimurtosovelluskohteitamme ovat olleet rakennusten sisätilojen 3D-mallinnukset, liikkuvan kartoituksen käyttö vesi- ja liikenneväylien mallinnuksessa ja kunnossapidossa sekä ihmisten ja eläinten 3D-mittaukset. Tulevaisuuden käytännön sovelluksia ovat uudenlaiset virtuaalikaupungit, jolloin nykyisistä 2D-navigattoreista ja reittioppaista siirrytään pelillistettyyn 3D-kaupunkiin palveluineen. Lisäksi varsinkin kuntia ja kaupunkeja kiinnostavat itseajavat autot ja robobussit.

Kuva 3. Uudet kevyet ja suorituskykyiset kannettavat kartoitusjärjestelmät, hahmokuvaus, 3D-printtaus, virtuaalikuunnelma ja lisätty todellisuus ovat esimerkkejä toiminnastamme. © Aalto & FGI

Johtopäätökset

Studiot mahdollistavat perinteisen opiskelun ja työskentelyn rinnalla mahdollisuuden oppia ja opiskella ajasta sekä paikasta riippumatta. Alan tuoreimpien teknologioiden käyttö innostaa ja motivoi opettajia sekä opiskelijoita. He ovat valmiita tekemään töitä uudenlaisen oppimisen ja osaamisen eteen ja näin koulutuksen hedelmä kantaa pitkälle työelämään. Tutkimustieto ja huippuopetus kulkevat entistä enemmän käsikädessä, vastaten myös muuttuviin elinkeinoelämän vaatimuksiin ja huomioiden globalisaation sekä tekniikan ja digitalisaation kehittymisen.

Kirjoittajat

Matti Kurkela, studio manager, TkL, TaM, Aalto-yliopisto, matti.kurkela(at)aalto.fi
Marika Ahlavuo, tiedetuottaja, koordinaattori, kulttuurituottaja Aalto-yliopistossa sekä tiedetuottaja ja asiantuntija Humakissa, marika.ahlavuo(at)aalto.fi
Hannu Hyyppä, professori, TkT, dos. Aalto-yliopistossa, digitaalisuuden erityisasiantuntija Humakissa, hannu.hyyppa(at)aalto.fi
Juho-Pekka Virtanen, tohtorikoulutettava, TaM, Aalto-yliopisto, juho-pekka.virtanen(at)aalto.fi
Matti Vaaja, tutkijatohtori, TkT, Aalto-yliopisto, matti.t.vaaja(at)aalto.fi
Petri Rönnholm, vanhempi yliopistolehtori, TkT, Aalto-yliopisto, petri.ronnholm(at)aalto.fi
Antero Kukko, tutkimuspäällikkö, TkT, Paikkatietokeskus, antero.kukko(at)maanmittauslaitos.fi
Arttu Julin, tohtorikoulutettava, DI, Aalto-yliopisto, arttu.julin(at)aalto.fi
Matias Hyyppä, tekn. yo, Aalto-yliopisto, juho.hyyppa(at)aalto.fi
Henrik Haggrén, professori, TkT, henrik.haggren(at)aalto.fi

Allen, C.T. & Madden, T.J. 1985. A Closer Look at Classical Conditioning. Journal of Consumer Research. Vol. 12, No. 3 (Dec., 1985), pp. 301-315.

Dalgarno, B. & Lee, M. 2010. What are the learning affordances of 3-D virtual environments? British Journal of Educational Technology 41 (1), 10–32.

Dickey, M. 2005. Three-dimensional virtual worlds and distance learning: two case studies of Active Worlds as a medium for distance education. British Journal of Educational Technology 36 (3), 439–451.

Kapp, K.M. & O’Driscoll, T. 2010. Learning in 3D: Adding a new dimension to enterprise learning and collaboration. San Francisco: Pfeiffer.

Kurkela, M. & Ahlavuo, M. & Virtanen, J-P. 2016. Aalto-yliopiston 3d- ja valokuvausstudioissa panostetaan tutkimusyhteistyöhön ja virtuaalisuuteen. Maankäyttö 1/2016, 19-22.

Laakkonen, I. & Manninen, T. & Juntunen, M. 2014. Näkemyksiä ja kokemuksia 3D-oppimisympäristöistä. Lisäarvoa vai sirkushuveja? Teoksessa Pilvilinnoja ja palomuureja – Tulevaisuuden oppimisen ja työnteon tilat. Päivi Häkkinen ja Jarmo Viteli (Toim.). Jyväskylän yliopisto. Koulutuksen tutkimuslaitos. 37-55.