3D-kaupunkitiedon hyödyntäminen WLAN-verkkojen visualisoinnissa

Transkriptio

1 3D-kaupunkitiedon hyödyntäminen WLAN-verkkojen visualisoinnissa Yleiskuvaus Pilotoinnin puitteissa toteutettiin interaktiivisen 3D-visualisoinnin prototyyppi, jolla kuvataan kaupunkiympäristöön sijoittuvien WLAN-verkkojen ominaisuuksia. Visualisoinnilla välitetään sovelluksen käyttäjille tietoa verkkojen sijoittumisesta ja peittoalueista. Pilottiehdotuksen ajatusmalli on verrattavissa esimerkiksi Berliinin kaupungista tehtyyn semantic 3D city model -toteutukseen, jolla visualisoidaan mm. kaupungin energianjakelua. Pilotoinnin perusteella mahdollisesti toteutettavaa lopputuotetta voidaan käyttää myös muiden verkkotyyppien visualisointiin ja langattomien verkkojen suunnittelun apuvälineenä. Pilottitoteutuksen kohde ja lähdeaineistot Pilottitoteutus perustuu Kajaanin kaupungin keskustan alueen käsittävään CityGML-dataan sekä saatavilla olevaan tietoon alueen WLAN-verkoista. WLAN-liityntäpisteistä (WLAN/WiFi access point / hotspot) on saatavilla tietoa muutamista Internet-lähteistä. Tyypillisesti lähteissä kuvataan liityntäpisteen sijainti ja tarjotaa 2D-karttanäkymä. Kuvissa 1 ja 2 esitetään hotspots.fi-sivuston näkymät koskien Kajaanin alueen WLAN-verkkoja. KUVA 1: Kajaanin alueen tukiasemalista. ( ) 1

2 KUVA 2: Yksi Kajaanin alueen tukiasemista karttanäkymässä. ( ) Vastaavanlaisia WLAN-tietoutta tarjoavia sivustoja ovat esimerkiksi instabridge.com ja majoitusta tarjoavien tahojen (hotellit yms.) hakupalvelu a-hotel.com, jossa hakuparametrina voi käyttää majoitustilasta löytyvää langatonta verkkoyhteyttä. Kaikkiaan Kajaani keskustan alueelta poimittiin pilottitoteutuksen visualisointiin seuraavat 12 langatonta verkkoa. Nimi Hotel Kajaani Original Sokos Hotel Valjus Kajaani Scandic Kajanus Karolineburg Manor House Hotel Bio Rex Kajaanin kaupunginkirjasto Kaukametsän kongressi- ja kulttuurikeskus Café Mokka PanOulu -verkko Hesburger Osoite Onnelantie 1, Kajaani Kauppakatu 20, Kajaani Koskikatu 3, Kajaani Karoliinantie 8, Kajaani Kauppakatu 38, Kajaani Seminaarinkatu 15, Kajaani Koskikatu 2-4, Kajaani Lönnrotinkatu 18, Kajaani Kauppakatu 20, Kajaani Kauppakatu 18, Kajaani 2

3 Hesburger Raatihuoneen tori Veturitie 1, Kajaani Linnankatu 16, Kajaani Pilottitoteutuksen työkalut FME Workbench / Investigator FME-ohjelmisto luonnehditaan englanniksi data integration software -tyyppiseksi työkaluksi. Se tarjoaa laajan valikoiman mahdollisuuksia muuntaa dataa tiedostomuodosta toiseen. Pilottitoteutuksessa FME Workbench/Investigator-moduuleita käytettiin Kajaania koskevan CityGML-datan muuntamiseen 3Dgeometriaformaattiin jatkokäsittelyä varten. KUVA 3: FME Investigator -ohjelmiston käyttöliittymä. Blender Blender on GPL-lisensoitu suosittu 3D-mallinnusohjelma, jonka kehityksestä vastaa nykyisin Blender Foundation -säätiö. Blender-ohjelmistoa käytettiin pilottitoteutuksessa lähinnä kaupunkigeometrian 3

4 rajaukseen sekä sisätilamallinnuksessa esiintyvien yksinkertaisten mallien (hyllyt, kassat) tuottamiseen. 3Dkaupunkimallia ei muuten editoitu tai optimoitu esimerkiksi tri-polygonien osalta. KUVA 4: Rajattu Kajaanin kaupunkialueen 3D-malli Blender-käyttöliittymässä. Unity Unity on pelikehitysympäristö, jonka kehityksestaä vastaa Unity Technologies. Pelien lisäksi Unity soveltuu esimerkiksi pilottityön kaltaisten ei-pelimäisten visualisointien tuottamiseen. Unity-projektit voidaan suunnata mobiililaitteille, selainpohjaisiksi sovelluksiksi tai työpöytäsovelluksiksi. Kaikkiaan Unityn Target Platform -listalla mainitaan 21 erilaista laite-/käyttöjärjestelmäalustaa. Unityn pelituotantoon suunnatut ominaisuudet mahdollistavat erilaisten interaktiomallien toteuttamisen ja visuaaliset tehosteet. Ohjelmoinnin osalta Unity tukee JavaScript- ja C#-ohjelmointikieliä. Unityn käyttöliittymä sisältää Scene-näkymän, joka muistuttaa yllämainittujan FME- ja Blenderohjelmistojen vastaavia 3D-näkymiä. Kehitystyö on luonteeltaa integroivaa siten, että asset-tiedostot kuten 3D-mallit kehitetään ulkopuolisilla työkaluilla ennen kuin ne tuodaan Unity-projekteihin. Interaktiiviset sovellukset rakentuvat visuaalisten komponenttien ja niiden käyttäytymistä ohjaavien skriptitiedostojen yhteistyön varaan. Alla näkyvässä esimerkissä esitetään Unity-ympäristöön tuotu Kajaanin keskustan 3Dnäkymä, johon yhdistyy kuvitteellinen Oulujokea kuvaava komponentti sekä 2D-käyttöliittymän luova paneelikomponentti. 4

5 KUVA 5: Unityn käyttöliittymä, Scene-näkymä. Pilottitoteutuksen toiminnallisuudet Pilottitoteutus mahdollistaa vapaan navigoinnin kolmiulotteisessa kaupunkinäkymässä ja WLANverkkotiedon tarkastelun. Langattomien verkkojen osalta esitetään verkon tarjoaja, verkon status, liityntäpisteen sijainti sekä tietoa verkon käyttömahdollisuuksista. Kuvassa 6 esitetään pilottitoteutuksen käyttöliittymä. Liityntäpisteitä kuvataan sinisillä WiFi-ikoneilla, valittu verkko esitetään vihreällä värillä ja toimimaton verkko punaisella värillä. 5

6 KUVA 6: Pilottitoteutuksen käyttölitttymä. Kaupunki- ja langattomia verkkoja kuvaavan tiedon lisäksi pilottityössä toteutettiin versio, jossa näkymää laajennettiin pelikehitysympäristön tarjoamien mahdollisuuksien pohjalta. Koska verkkojen peittoalueiden osalta ei ollut käytettävissä todenperäistä dataa, perustuvat pilotissa esitetyt signaalin voimakkuutta ja mittauspisteitä koskevat visualisoinnit kuvitteellisiin esimerkkeihin. Visuaalisuuden osalta pelikehitysympäristöt tarjoavat huomattavasti pilottityössä käytettyjä keinoja edistyneempiäkin ominaisuuksia esimerkiksi maaston yksityiskohtien ilmaisuun. KUVA 7: Pilottitoteutuksen pelikehitysympäristön ominaisuuksia hyödyntävä käyttölitttymä. Pilottityöhön toteutettiin myös lähinnä LOD4-tarkkuustason mahdollisuuksia demonstroimaan näkymä jossa esitetään kaupunkidata-aineistosta poimitun rakennuksen sisätilat ja yhdistettynä osin kuvitteelliseen 6

7 WLAN-liityntäpistettä koskevaan tietoon ensimmäisen persoonan näkökulmasta. Näkymä mahdollistaa vapaan liikkumisen sisätilassa ja se tuottaa käyttöliittymään tietoa signaalin voimakkuudesta ja etäisyydestä liityntäpisteeseen. KUVA 8: Rakennuksen sisätilan mallinnusta ja 1. persoonan pelinäkymää hyödyntävä interaktiivinen näkymä. Pilotin käyttömahdollisuudet ja jatkokehitys Pilotin kaltaisen sovelluksen pääasiallinen käyttö rajoittunee informaation välittämiseen WLAN-verkkojen mahdollisille käyttäjille. 3D-ympäristö on luonnollinen tapa välittää käyttäjille tietoa asioista kuten WLANverkkojen liityntäpisteet ja signaalin voimakkuusarvot mittauspisteissä, koska esimerkiksi signaalin kantoalue on luonteeltaan kolmiulotteinen. Erilaiset tavat, joilla käyttäjä voi liikkua mallinnetulla kaupunkialueella, monipuolistavat käyttökokemusta. Lisäksi 3D-geomterioita voidaan käyttää, ja käytetäänkin, langattomien verkkojen suunnitteluun. Jos kaupunkitietoon liitetään dataa verkkosuunnittelun kannalta relevanteista rakennuksien ominaisuuksista, kuten seinämateriaaleista ja häiriönlähteistä, voidaan tätä informaatiota käyttää hyväksi WLAN-suunnittelussa. Suunnittelullisesta näkökulmasta myös tukiasemien sijainteja ja muita ominaisuuksia voidaan simuloida hyödyntäen kaupunkitietoa. Tulevaisuudessa kaupunkiympäristöihin tulee nykyisten lisäksi käyttöön useita uudenlaisia langattomia verkkotyyppejä. 5G-verkkojen on kaavailtu tulevan yleiseen käyttöön kaupunkien keskusta-alueille luvulla, ja 5G-verkkojen tukiasemien välillä voi olla vain kymmeniä metrejä. Internet of things edellyttää lukuisten laitteiden keskustelua keskenään (Machine to Machine MTM) langattomia yhteyksiä käyttäen ja tätä viestintää tukevia verkkoja. 3D-kaupunkimallia voidaan siis tulevaisuudessa käyttää entistä laajemmin ja monipuolisemmin informaation välittämiseen ja suunnittelun välineenä. 7