Erilaisia virtuaaliympäristöjä on kehitetty ja hyödynnetty jo parikymmentä vuotta. Kehittynyt tietokonetekniikka ja videoprojisointi mahdollistavat yhä monipuolisempia ratkaisuja eri tarpeisiin. Sovelluksista tunnetuimpia ovat siviili- ja sotilaskoneiden lentosimulaattorit, joiden avulla on ratkaisevasti helpotettu lento-opetusta ja laskettu opetuksen kustannuksia. Simulaattorin avulla voi tutkia, esittää, kokeilla, testata ja miksei myös pelata.

Seinäjoen ammattikorkeakoulun virtuaalitila on tämän hetken huipputekniikkaa. Se mahdollistaa täyden kolmiulotteisen kuva- ja äänisimuloinnin tilassa, johon mahtuu useampia ihmisiä yhtä aikaa. Nimi Cave (luola) tulee sanoista Cave Automated Virtual Environment. Tila on rakennettu Seinäjoen Ammattikorkeakoulun uudisrakennukseen, informaatio- ja kommunikaatioteknologian (ICT) yksikön eli Framin yhteyteen. Kävimme katsomassa ihmettä paikan päällä.

Caven isomman huoneen sisällä on pieni lasiseinäinen huone (tarkasti ottaen seinät ovat akryyliä). Sen viiteen seinään projisoidaan ulkoapäin videokuvat, jotka tietokone laskee yhtenäiseksi kuvamaisemaksi. Kuva muodostetaan myös kattoon ja lattiaan. Ainoastaan yksi seinämä on avonainen, sillä täytyyhän katselijoiden tulla jostain sisään.

Tilavaikutelman luomiseen tarvitaan tietenkin myös ääni, joka tässä tapauksessa toistetaan kahdeksan kanavan kautta.

On paikallaan mainita, että Seinäjoelle asennettu laitteisto ei ole ensimmäinen Suomessa. Pääkaupunkiseudulla virtuaalitiloja on Tieteen tietotekniikan keskuksessa CSC:ssä sekä Helsingin Työterveyslaitoksessa. Viimemainitulla tutkitaan erityisesti työergonomiaa.

Koska Caven lattiakin on kuvapintaa, sen on tietenkin oltava läpikuultavaa materiaalia ja samaan aikaan kestettävä useamman katselijan paino. Lattia onkin 52 mm paksu, tonnin painoinen lasikimpale, jonka päällä on taustaprojisoinnin vaatima optinen projektiopinta. Jotta pinta ei naarmuuntuisi, kävijät vaihtavat kengät huopatossuihin.

Kolmiulotteisen kuvan muodostaminen vaatii nestekidesulkimella varustettujen stereolasien käyttöä. Sulkimen ja kuvasignaalin tahdistus (noin 45 kuvaa sekunnissa per silmä) välitetään katselulaseihin infrapunasignaalina.

Toisin sanoen tietokoneen grafiikkakortti syöttää projektoreille erikseen sekä vasemmalle että oikealle silmälle tarkoitetun kuvasignaalin. Kun lasit tahdistuvat videokuvaan, kumpikin silmä näkee vain sille tarkoitetun kuvan. Katsojalle syntyy näin optinen stereovaikutelma, eli kuva näkyy kolmiulotteisena.

Kun olemme Caven sisällä, näemme yhtenäisen videokuvamaiseman edessä, molemmilla sivuillamme, yläpuolellamme ja allamme. Ainoastaan takaseinä on vailla kuvaa. Entä mistä pisteestä kuva näyttää joka suuntaan korrektilta?

Nyt tarvitaan paikkatietoa. Cavessa on erityinen magneettinen paikannuslaitteisto, joten katselulasien anturin paikka tiedetään millimetrien tarkkuudella. Jotta grafiikkaa käsittelevä tietokone ymmärtäisi sekä katselijan pään sijainnin että halutut liikkeen suunnat, suuntatietoa annetaan myös kulmina (nousu/lasku, kallistus ja rotaatio).

Käytettävä tekniikka mahdollistaa todentuntuisen liikkumisen grafiikkaobjekteihin nähden, joten voimme katsoa myös kohteen alle ja taakse. Syöttölaitteena toimii kolmiulotteinen hiiri eli wand.

Wandia käytettäessä olo on kuin Jedi-ritarilla Tähtien Sodassa. Lasermiekalta vaikuttavaa osoitinta voi näet heilutella kolmiulotteisessa keinomaisemassa varsin aidontuntuisesti ja napsia videokuvassa kelluvia valikkoja. Quoaken Cake-version pelikokemus on melkoinen, jos on pelannut tietokonepelejä vain tavallisessa pieniruutuisessa tietokoneessa. Kun örkit lähestyvät luonnollisen kokoisena, tulee kiire tehdä asialle jotain!

Viihdekäyttö ei ole millään tavoin hyödytöntä leikkiä, sillä pelimaailma on nykyisin huomattavaa liiketoimintaa, ja onhan Cave täydellisin mahdollinen 3D-pelikenttä. Sen avulla voitaisiin siis suunnitella myös peliympäristöjä.

Seinäjoen Caven tärkeimmät käyttöalueet liittyvät kone- ja tuotantotekniikkaan. Luontaisia sovellutuksia ovat myös arkkitehtuuri, yhdyskuntasuunnittelu, lääketiede, molekyylibiologia sekä aiemmin mainittu viihde.

Laitteiston sydän on tietenkin tietokoneen keskusyksikkö, Silicon Graphicsin valmistama Onyx 4. Käyttöjärjestelmä on IRIX 6.5. Keskusyksiköltä vaaditaan paljon laskentatehoa, sillä onhan tosiaikainen viiden kuvan projisointi jo itsessään melkoinen työmäärä. Koska näkymä on Cavessa kolmiulotteinen, kapasiteetti pitää kaksinkertaistaa, onhan jokaisesta näkymästä laskettava versio vasemmalle ja oikealle silmälle erikseen. Laskettavien pikseleiden määrä onkin yli 13 miljoonaa.

Valmistumassa on myös toinen keskusyksikkö, niin sanottu pc-klusteri. Se on koottu yhdistämällä viisi pc:tä yhdeksi yksiköksi. Koneista yksi on master-pc, joka ohjaa neljää muuta. Tässä yksikössä voidaan käyttää myös Windows- ja Linux-ohjelmia, kun Onyx kelpuuttaa vain unix-pohjalle rakennetut ohjelmat.

Videokuvat projisoidaan nykyaikaisilla dlp- eli mikropeiliprojektoreilla, ja Cave-systeemi onkin ensimmäinen uutta tekniikkaa hyödyntävä tämänkaltainen laitteisto Suomessa. Aiemmissa sovelluksissa käytettiin perinteisiä, kolmeen kuvaputkeen perustuvia projektoreita, joiden kohdistusta (konvergointi) joutuu säätämään tuon tuosta. Vakaamman toiminnan lisäksi mikropeiliprojektorit tuottavat selvästi kirkkaamman ja terävämmän kuvan.

Laitteiston ympärille tarvittavan tilan säästämiseksi jokainen videokuva heijastetaan peilin kautta. Mikä tahansa peili ei kuitenkaan käy, vaan on käytettävä pintapeilejä. Yhden seinämän koko on 3 x 2,4 metriä, joten kuvan mittasuhteet vastaavat sxga-videokuvan suhteita.

Laitteiston käyttö jakaantuu tutkimuksen, opetuksen ja palveluprojektien kesken

Cavessa voi käyttää sekä valmiita sovelluksia että suunnitella omia ohjelmistoja. Valmiilla ohjelmilla on yleensä mahdollista tuoda laitteistoon 3D-geometria jostakin ulkoisesta järjestelmästä.. Mallia voi kehittyneemmillä ohjelmistoilla muokata myös Cavessa, mutta kaikilla on ainakin mahdollista visualisoida eli liikkua mallin sisällä.

(Tiivistelmä Harri Hietalan artikkelista TM 10/05, s. 28-30)