Kirjoittajat: Mirka Hienonen & Tuomas Herranen

Hanke on edennyt tasaisesti kesän ja alkusyksyn aikana, ja tiimimme on saanut arvokasta lisävahvistusta: joukkoomme on liittynyt 2D-artisti (UI/UX-spesialisti), 3D-artisti sekä robotiikan asiantuntija ja metsäalan projektityöntekijän, joka auttaa virtuaalisten tehtävien suunnittelussa.

2D-artistimme ansiosta sekä Metsä VR, Virtuaalinen luokkahuone että Kalustonhallintasovellus ovat saaneet uuden ja päivitetyn ilmeen. 3D-artistimme vastaa puuston ja kasvien mallinnuksesta referenssikuvien pohjalta sekä metsäkonesimulaation koneiden realistisesta ilmeestä, hyödyntäen myös kehittämäänsä Blenderin Geometry Nodes -järjestelmää mallinnuksen tehostamiseksi. Näin ympäristöt saavat kiillotetun ja ultrarealistisen ilmeen, mukaillen reaalimaailman kohteita.

Metsä VR – TP1

Metsä VR -sovellusta on kehitetty vaiheittain käyttäjätoiveiden mukaisesti, kokeilemalla eri ratkaisuja ja parhaita käytäntöjä. Menu on uudistettu, samoin aloitusnäkymä. Tällä hetkellä asetuksiin ja informaatiokenttiin pääsee rannevalikon kautta, ja kenttiin navigointi onnistuu aloitusnäkymässä olevan suuren kartan avulla. REDU:n ehdotuksesta karttanäkymään on lisätty pop-up-ikkuna, jonka kautta käyttäjä voi tarkastella aluetta laajemmin ennen siirtymistä siihen.

Virtuaalisen hahmon ranteeseen kiinnitetty menu mahdollistaa nopean ja miellyttävän tiedonsaannin kaikissa sovelluksen ympäristöissä, mikä syventää immersiota ja parantaa käyttökokemusta. Lisäksi Metsä VR:n osalta on alettu kartoittaa moninpelitoiminnallisuuden mahdollisuuksia REDU:n pyynnöstä, mikä avaa uusia näkökulmia oppimisen ja yhteistyön tukemiseen virtuaalisessa ympäristössä.

Virtuaaliseen ympäristöön on lisäksi suunnitteilla erilaisia opettavaisia tunnistustehtäviä, jotka kouluttavat opiskelijoita tunnistamaan luonnossa liikkuessaan eri lajeja, kuten puita, kasveja ja maaperätyyppejä.

Lisäksi osana sovelluksen kehitystä on alettu kartoittaa korkeusmallien käyttömahdollisuutta karttapohjien luomisessa, jotta ne mukailisivat mahdollisimman tarkkaan oikeita ympäristöjä. Sovellusta tullaan jatkossa laajentamaan myös moninpeliserverillä, joka parantaa sovelluksen käyttömahdollisuuksia.

 

Metsäkone VR – TP1

Metsäkone VR ympäristössä on hiottu moninpeliserverin toimintaa ja serverin päivitystä uusimpaan Unreal engine 5 versioon on aloitettu suunnittelemaan paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi. VR ja desktop käyttäjien yhtäaikaisen käyttömahdollisuuden sisältävän moninpeliserverin toteutus osoittautui haastavaksi, mutta lopulta sen toteutus onnistui kuitenkin hyvin.

Seuraavaksi suunnitellaan ympäristön UI käyttöliittymää ja ensimmäistä halliympäristön prototyyppiä, jossa käyttäjät voivat tarkastella metsäkonetta ja sen komponentteja.

Pienkuormaajan turva-alue ja käyttö – TP2

Hankkeessa ovat aloittaneet myös kaksi uutta robotiikan asiantuntijaa, joiden ansiosta myös pienkuormaajan anturoinnin suunnittelu edistyy nopeasti. Pienkuormaajan turvallisen käytön varmistaminen on tällä hetkellä tutkimus- ja suunnitteluvaiheessa. Keskeisenä tavoitteena on määrittää kuormaajan työalueen turva-alueen tarkka laajuus sekä kartoittaa kaikki mahdolliset reitit, joista ihmiset tai esteet voivat päästä alueelle, mukaan lukien hallin neljä kulkuovea. Selvityksessä tarkastellaan muun muassa sitä, milloin kuormaajan tulisi varoittaa lähestyvää henkilöä äänimerkillä ja milloin hätäkatkaisin tulisi aktivoida estämään vaaratilanne kokonaan.

Tutkimuksessa arvioidaan eri anturivaihtoehtoja, kuten lähiantureita ja tutkia, jotta havaitseminen olisi luotettavaa eri etäisyyksiltä ja kulmista. Lisäksi selvitetään turva-alueen rajojen määrittämisen periaatteita: kuinka lähelle kuormaajaa henkilö voi tulla ennen kuin varoitus tai pysäytys aktivoituu, ja miten järjestelmä reagoi vaihteleviin esteisiin ja liikkeisiin. Tämän vaiheen tavoitteena on muodostaa riittävän turvallinen, mutta käytännössä toteuttamiskelpoinen ratkaisu, jonka pohjalta voidaan myöhemmin toteuttaa konkreettinen turvajärjestelmä.

Kalustonhallintasovellus – TP3

Kalustonhallintasovellusta on kehitetty vaiheittain, ja siihen on testattu versiot 1.0, 2.0 ja 3.0 ennen tuotantoon siirtymistä. Sovellus on päivitetty REDU:n toiveiden mukaisesti. Poissaolomerkintöjä on yksinkertaistettu, ja taulukkoon on lisätty sarake poissaolojen syiden merkitsemiseksi. Lisäksi sovellukseen on lisätty infokenttä, jonka avulla käyttäjille voidaan viestiä ajankohtaisista asioista.

Varauksia voidaan nyt muokata joustavasti, esimerkiksi vaihtamalla varatulle päivälle uusi käyttäjä sairaustapauksen vuoksi. Sovellus on käynyt läpi myös 2D-artistimme, joka toimii samalla UI/UX-spesialistina, arvion. Arvioinnin seurauksena käyttöliittymän käytettävyyttä on parannettu ja visuaalista kontrastia säädetty, jotta se yltää parhaimmillaan AAA-luokan saavutettavuusstandardeihin.

Sovellukseen on lisäksi lisätty lisenssi ja käyttöehdot, joita voidaan palata tarkastelemaan infoikkunan kautta. Samaa kautta pääsee suoran linkin kautta hankkeen sivuille, jotka tarjoavat yleiskatsauksen hankkeen sisällöstä ja tarkoituksesta, sekä päivityksiä hankeen etenemisestä.

Metsäkoneen kuljettajan etäohjausjärjestelmä – TP3

Toteutukseen tarvittavien anturien valinta ja määrittäminen alkaa olla valmista ja seuraava vaihe on järjestelmän ensimmäisten prototyyppien kehitys. Metsäkoneen teollisuus PC:n testaus on aloitettu ja projektiryhmä on luonut ensimmäisen datasetin, joka sisältää kamera ja LiDAR anturien dataa. Seuraavaksi datasettiä hyödynnetään puunrunkojen automaattisen tunnistuksen selvittämiseen reaaliaikaisen harvennustiheyden määrittämiseksi.

Lisäksi projektiryhmä on aloittanut ajoura-avustimen prototyypin suunnittelun aloittelevan metsäkoneen kuljettajan avustamiseen. Ominaisuuden kehitys vaatii tarkkaa paikantamista ja eri anturien hyödyntämistä.

Kirjoittajat: Mirka Hienonen & Tuomas Herranen

Metsätyön digitaalinen oppimisympäristöhanke – kehittäminen (tuttavallisemmin MetsäDigi) on pärähtänyt reippaasti käyntiin. Lapin Ammattikorkeakoulun FrostBit ohjelmistolaboratorio ja biotalouden osaamisryhmä vastaa hankkeessa VR oppimisympäristöjen kehittämisestä, sähköisten pienkuormaajien anturoinnista ja metsäkoneen kuljettajan etäohjausjärjestelmän kehittämisestä. Lisäksi FrostBit kehittää hankkeessa monialustaista kalustonhallinnan sovellusta. 

VR-oppimisympäristöt 

VR-oppimisympäristöjen kehitys on lähtenyt hyvin käyntiin ja ensimmäiset testattavat versiot alkavat olla valmiina. Metsä VR -oppimisympäristö käsittää tällä hetkellä muutaman erilaisen metsäympäristön prototyypin, joissa sovelluksen käyttäjä voi tutkia erilaisia metsänäkymiä –aivan kuin olisi oikeasti metsässä (Kuva 1). Metsä VR ympäristön tavoitteena on vahvistaa metsäkoneen kuljettajan osaamista metsälakikohteista, arvokkaista elinympäristöistä, suojavyöhykkeistä ja esimerkiksi suojeltavien kohteiden erityispiirteistä. Ympäristöjen kehitykseen hyödynnetään tehokasta Unreal Engine 5 –pelimoottoria, joka mahdollistaa hyvin realististen metsäympäristöjen kehityksen. Pelimoottoriin voidaan tuoda aidon kaltaisia malleja esim. kasveista ja puista, jotka on kehitetty Photogrammetry ja Gaussian Splatting tekniikoita hyödyntämällä. Seuraava askel on kerätä lisää referenssimateriaalia oikean maailman kohteista ja mallintaa ne mahdollisimman tarkasti sovellukseen. Lisäksi sovellukseen lisätään toiminnallisuutta ja tietokortteja eri kohteista. 

Kuva 1. VR-Metsä ympäristön prototyyppi 

Virtuaalisen luokkahuoneympäristön toteutusta varten FrostBit on kehittänyt Unreal Engine 5 pelimoottorilla toimivaa monikäyttäjäserveriä, joka mahdollistaa sekä VR että desktop käyttäjien yhtäaikaisen liittymisen virtuaalitilaan. Ympäristössä käyttäjien on tarkoitus pystyä tutkimaan metsäkoneen 3D mallia ja sen komponentteja erilaisten tehtävien muodossa.  Seuraavaksi ympäristöön on tarkoitus lisätä metsäkoneen 3D malli, josta käyttäjät voivat tarkastella koneen eri komponentteja tarkemmin. Lisäksi jatketaan harjoitteiden sisältöjen määrittelyä ja niiden implementoinnin suunnittelua. 

Pienkuormaajat ja metsäkoneen kuljettajan etäohjausjärjestelmä 

FrostBit tiimin tavoitteena on asentaa sähköisiin pienkuormaajiin erilaisia antureita, joiden avulla pystytään keräämään tärkeää tietoa kuormaajan käytöstä. Kerättäviin tietoihin kuuluvat mm. liikkeiden tehokkuus, yhdenaikaiset liikkeet, mahdolliset kolhut ja muut käyttäjän tekemät virheet. Lisäksi kuormaajiin suunnitellaan turva-alue, j Toistaiseksi FrostBit on tehnyt järjestelmän kehitykseen vaadittavaa suunnittelutyötä, johon sisältyy sopivien anturien valinta ja järjestelmän arkkitehtuurin suunnittelu.  

Lapin AMK vastaa myös metsäkoneen kuljettajan etäohjausjärjestelmän kehittämisestä, jossa on tarkoitus kehittää kuljettajaa ja ohjaajaa avustavia järjestelmiä. Tehtävässä on tarkoitus hyödyntää automaattista havainnointijärjestelmää ja tekoälyä aloittelevan kuljettajan työn apuna. Näihin kuuluvat mm. Automaattinen runkolukulaskenta ja ajoura-avustin. Lisäksi järjestelmän on tavoitteena helpottaa etäohjausmahdollisuuksia tarjoamalla anturien keräämä tieto myös etäohjaajan saataville. Tähän mennessä FrostBit on selvittänyt järjestelmän kehitykseen soveltuvia antureita, joihin kuuluvat mm. Kamerat ja LiDAR (valotutka). Lisäksi on kartoitettu järjestelmässä hyödynnettäviä koneoppimismalleja ja kokonaisarkkitehtuuria.  

Kuva 2. Pienkuormaaja

Pienkuormaajien osalta seuraavaksi on tarkoitus lähteä testaamaan suunniteltujen anturien ja järjestelmien toimivuutta prototyyppien avulla. Kuljettajan etäohjausjärjestelmän kehittämisessä siirrytään myös anturitestauksiin ja avustavien järjestelmien prototyyppien kehittämiseen. 

Kalustonhallinnan sovellus 

FrostBit aloitti myös kalustonhallinnan monialustasovelluksen kehittämisen (kuva 3.) ja ensimmäinen demo on testattu sekä PC:llä että mobiililla ja toimii sekä lukujärjestyksenä ja kaluston varauslistana. Opiskelijat näkevät ajovuoronsa etusivun listasta, josta dataa voi suodattaa kaluston nimen, opiskelijan nimen, sekä viikko numeron perusteella.  

Opettajille tarkoitettu kirjautumisen takana oleva hallintatila mahdollistaa uuden kaluston lisäämisen ja värikoodaamisen, sekä vanhan kaluston poiston ja vuorojen varaamisen.  

Kuva 3. Ensimmäinen demo kalustonhallinnan sovelluksesta.