Fotogrammetria VR-ympäristössä : Simuloituja tiloja valokuvien avulla

Abstract

Tässä opinnäytetyössä käsitellään VR-ympäristön rakentamista fotogrammetrian avulla, jossa perintei-nen 3D-mallinnus toteutetaan käyttämällä valokuvia aineistona. Fotogrammetriasovellus rakentaa ku-vatun kappaleen tai ympäristön geometrian valokuvista kerätyn tiedon perusteella, joten tässä opinnäy-tetyössä testattiin, miten simulaatioympäristön rakentaminen onnistuu fotogrammetrian avulla.

Menetelmää testattiin syksyn 2021 ja kevään 2022 aikana kahdessa kohteessa: RoboTry-hankkeelle toteutettiin Kruunupyyssä toimivan Ab Ferromek Oy:n varastotilan fotogrammetriamallinnus ja kuljetusrobottisimulaatio, ja HIPPA-Remote-hankkeessa puolestaan mallinnettiin palveluasumisyksikön asunto haastavia tilanteita mallintavan skenaariotyökalun tarpeisiin.

Tehdyt fotogrammetriamallit optimoitiin ja vietiin Unity-pelimoottorille, jossa niiden ympärille raken-nettiin VR-ympäristössä toimiva simulaatio. Kohdealustana toimi Metan Oculus Quest 2.

Opinnäytetyössä selvisi, että fotogrammetriamallinnus on toimiva työkalu VR-ympäristöjen rakenta-miseen, mutta siinä on myös omat rajoitteensa. Ab Ferromek Oy:n varastorakennuksen mallinnus on-nistui hyvin, koska tila oli hyvin valaistu ja riittävän iso ja pinnoissa oli tarpeeksi kontrastia. Kannuk-sessa sijaitseva Ritarinkannuksen palveluasumisyksikön mallinnus puolestaan oli haastavampaa, koska valaistus oli tehottomampi ja kaikki pinnat olivat vaaleita.

Fotogrammetriamallit ovat sellaisenaan varsin raskaita valokuvien tuottaman tarkkuuden vuoksi, mutta optimoimalla mallien geometriaa ja pudottamalla tekstuurien tarkkuutta etenkin Ab Ferromek Oy:n varastosta tehty mallinnus soveltui lähes sellaisenaan VR-simulaation käyttöön. Ritarinkannuksen pal-veluasumisyksikön fotogrammetriamallista sen sijaan käyttöön jäi vain nahkasohva, huolimatta puolet suuremmasta kuva-aineistosta kuin Ab Ferromek Oy:n vastaavasta. Fotogrammetria on kuitenkin käyt-tökelpoinen työkalu erilaisten simulaatioiden ympäristöihin. Parhaimmassa tapauksessa se lähestulkoon automatisoi koko mallinnuksen, mutta tilojen on oltava hyvin valaistuja ja riittävän suuria.

In this thesis a two sets of photogrammetry models of spaces for the RoboTry and HIPPA-Remote projects where produced. These spaces were modelled by using photogrammetry software, and then these models were imported to Unity game engine, where a VR simulation was constructed for them. The first simulation was for Kruunupyy-based Ab Ferromek Oy, where a warehouse was modelled for the purpose of running a mobile robot simulation. The second model was constructed for the HIPPARemote project, and in this case an apartment modelled for the purpose of producing a scenario tool for challenging situations.

Photogrammetry is a method where 3D modelling is done by feeding a set of photographs to an application, which calculates the space or object by using photographs as a base information for geometry. This method produces a highly accurate rendering of an object or a space, given that the circumstances are sufficient. The first photogrammetry model from Ab Ferromek Oy was a success, thanks to a reasonably large space, good lighting, and great contrast. The second model was constructed from a small apartment, which was not properly lit, and the space didn’t have contrast. Despite a larger dataset of photographs, the second photogrammetry model didn’t render correctly, and the only usable element was a leather couch.

Photogrammetry is a good tool to automize 3D modelling for a certain extent. The conditions of photography need to be very specific. In Ab Ferromek Oy’s case it was possible to construct a very good digital twin of their warehouse just with photographs. After optimization this model proved to work extremely well on low-end VR glasses (Oculus Quest 2).

The conclusion of this thesis is that photogrammetry is a suitable method for modelling spaces for simulation purposes in virtual reality, but the method does not work on all occasions. The conditions for a successful photogrammetry shoot require good lighting, big enough space and good contrast in furniture and architecture so that the photogrammetry software can find eough reference points to produce a functional model.