1/2017, Koulutus ja oppiminen, Tutkimus ja innovaatiot

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.

Edellinen artikkeliSeuraava artikkeli

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *