CaseStudy CAD-mallien hyödynnettävyydestä: ESS

0

Joka vuosi Unreal järjestää Unreal Fest nimisen tapahtuman, jossa pääsee kuulemaan pelimoottoriin liittyvät viimeisimmät uutiset sekä omaksumaan kehittämiseen liittyviä uusia tekniikoita ja taitoja. Tässä blogipostauksessa nostan esille yhden esityksen, jossa hyödynnetään yritysten CAD-malleja Unrealissa sekä esitellään projektin aikana opittuja asioita.

Voit katsoa esityksen kokonaisuudessaan alla olevasta linkistä.

Käyttökohde: Ruotsin neutronitutkimuslaitos ESS

Pohjoismaiden suurin suunnittelu- ja konsultointiyhtiö AFRY on hyödyntänyt Unrealin pelimoottoria kahdessa heidän projektissaan: East Link-nimisessä rautatieprojektissa ja nyt Unreal Fest 2020:ssä esitetyssä neutronitutkimuslaitoksen European Spallation Sourcen (ESS) suunnitteluvaiheessa.  Kummassakin projektissa on nostettu esille, kuinka visualisoitu ratkaisu auttaa eri osapuolia ymmärtämään entistä paremmin kyseisten kohteiden toimivuuden ja laajuuden.

Kohteet, joissa hyödytty pelimoottoriteknologiasta

Esityksessä mainitaan neljä avainkohtaa, joissa on hyödytty Unrealin käytöstä:

  1. Suunnitteluvaiheiden katselmoinnit virtuaalitodellisuudessa tai reaaliaikaisesti
    • Eri osapuolet rakennussuunnittelijoista aina tutkijoihin pystyi antamaan palautetta tiloista ja näkemään reaaliaikaisesti tehdyt muutokset
    • Virtuaalitodellisuutta varten tiimi hyödynsi Unrealin valmispohjaa: Collab Viewer Template
  2. Osakkaat pystyivät paremmin ymmärtämään laitoksen toimintaa näkemänsä perusteella
    • Kehittäjätiimi loi virtuaalitodellisuudessa tapahtuvia kävelysimulaattoreita, joissa osakkaat näkivät muun muassa miten erilaiset turvallisuusovet tai raskaat teollisuusnosturit tulisivat toimimaan käytännössä
    • Osakkaille pystyttiin näyttämään laitteiden toiminnallisudet ja kohteet myös videomuodossa, joiden animointi tapahtui myös Unrealissa
  3. Teknologia tukee rakennusurakoitsijoita päätöksenteossa ennen varsinaisen työn aloittamista
    • Kehittäjätiimi pystyi auttamaan tilojen visualisoinneillaan rakennusurakoitsijoita
  4. Logistiikan simulointi
    • Kehittäjätiimi loi simuloidun teollisuusnosturin, jolla pystyttiin näyttämään sekä demonstroimaan kuinka teollisuushallissa logistiikka tulisi toimimaan. Kyseistä teollisuusnosturia pystyi kontrolloimaan peliohjaimella, joka toi immersiivisemmän tunteen

CAD-mallien vienti pelimoottorille -työnkulku

Kehittäjätiimillä oli käytössään kahdenlaisia eri käyttötarkoituksesta tulevia 3D CAD-malleja, joita käytettiin projektissa: arkkitehtuuri ja mekaaniset laitteet.

Seuraavaksi käydään mallien työstöprosessia CAD-ohjelmistosta pelimoottorille ennen ja jälkeen-tapauksilla.

Vanha työnkulku väliohjelmien kautta

CAD mallien vanha työnkulku ESS-projektissa
AFRY:n esittelemä vanha työnkulku projektin alkuvaiheessa. Ruutukaappaus Unreal Fest-nauhoitteesta.

Projektin alkuvaiheessa työnkulussa yhdistettiin kaikkien eri suunnitteluohjelmistojen tietomallit Autodesk Navisworks-ohjelmassa yksittäiseksi koordinointi/yhdistelmämalliksi. Käytössä olleet suunnitteluohjelmistot olivat tässä tapauksessa Autodesk Revit, Tekla Structures ja Autodesk AutoCAD. Mallien yhdistämisen jälkeen yhdistelmämalli siirrettiin Autodeskin 3DS Max ohjelmalle optimoitavaksi kevyempään muotoon. Optimoinnin jälkeen malli vietiin Unrealin omalla Datasmith-tiedostomuotona muutettuna Unreal Enginelle.

Tässä työtavassa kehittäjätiimi huomasi aikaa vievän osuuden, joka kohdistui optimointiin: jos iteraatioiden aikana malleihin tuli muutoksia niin homma piti aloittaa alusta. Optimointi 3DS Maxissa oli aina manuaalista työtä, jossa kevennetään malleja poistamalla katsojalle piiloon näkyvät kappaleet tai objektit ja luomalla kappaleille kolmioista koostuvia pintoja eli mallin tesselloinnin.

Uusi työnkulku suoraviivaisemmalla ratkaisulla

CAD-mallien uusi työnkulku
AFRY:n esittelemä uusi, nopeampi työnkulku CAD-mallien viennille. Ruutukaappaus Unreal Fest-nauhoitteesta.

Projektin aikana Unreal julkaisi Visual Dataprep nimisen työkalun, jolloin kehittäjätiimin työnkulun kaavio muuttui ja jouhevoitui. Mallit pystyttiin siirtämään suoraan Unreal Enginelle ilman väli- tai koontiohjelmia sekä aikaa vievä optimointi tapahtui Unreal Enginen sisällä.

Visual Dataprepillä pystytään tekemään CAD-malleille haluttu optimointi eräänlaisilla valmispalikoilla tai niin kutsutuilla resepteillä ennen mallin varsinaista tuontia ohjelmaan. Yksi resepti voi koostua monista eri toiminnallisuudesta ja ohjelma käy ne yksi kerrallaan lävitse. Näitä optimoinnillisia reseptejä pystyy hyödyntämään jälkeenpäin muillekin malleille.

Visual Dataprep-työtila Unreal Enginessä
Visual Dataprep työtila. Kuvassa näkyvillä komennoilla esimerkiksi etsitään kaikki objektit, joiden nimessä on sana ’beam’ ja asetetaan näille tietty materiaali. Ruutukaappaus Unreal Fest-nauhoitteesta.

Kun valitut mallit ja niihin liittyvät Visual Dataprepin kirjastot oli saatu luotua, niin kehittäjäryhmä loi oman kustomoidun työkalupalkin Unrealin käyttöliittymään. Tällä tavoin työnkulku ja optimointi pystyttiin automatisoimaan entistä nopeammaksi: kehittäjien ei enää tarvinnut käydä yksitellen läpi jokaista pelimoottorille tuotua mallia vaan riitti, että työkalupalkin ohjelmoitu koodi teki tämän heidän puolestaan.

Case Study: CAD-tiedostomuotojen vertailu – Revit, IFC, STEP, OBJ

Kuten aiemmin mainittiin, niin projektissa oli käyttötarkoitukseltaan kahdenlaisia malleja, joihin kehittäjät käyttivät eri tiedostomuotoja.

Arkkitehtuurisiin malleihin käytettiin Revit:iä, josta tallennettiin pelimoottorille Datasmith- ja IFC-tiedostot.

Lopputuloksena vertailussa oli, että kolmioita muodostui vähemmän, jos tiedostomuotona käytettiin IFC:tä. Vaikka IFC osoittautui paremmaksi vaihtoehdoksi kevyempään tiedonsiirtoon, niin kehittäjätiimi aikoo käyttää jatkossakin Revit-tiedostomuotoa valaistukseen liittyvissä objekteissa, koska IFC ei pysty tiedosto ominaisuuksiltaan käsittelemään IES-valoprofiileja.

CAD-mallien vertailu ESS-projektissa
Kuvassa vertaillaan Revitin ja IFC-tiedostomuotojen eri kolmiomääriä Unrealissa. Ruutukaappaus Unreal Fest-nauhoitteesta.

Mekaanisiin laitemalleihin käytettiin STEP- ja OBJ-tiedostoja. OBJ valikoitui vanhan työkulun aikana sillä, että OBJ osoittautui paremmaksi vaihtoehdoksi kuin FBX, koska se oli vientiprosessiltaan nopeampi, jos malliin tuli iteraatioiden välillä muutoksia.

Alla olevan vertailutaulukko-kuvan mukaan STEP-tiedostomuoto toi reilusti vähemmän kolmioita ja oli sulavampi työnkulultaan kuin OBJ. STEP-tiedostoa käytettiin uudessa työnkulussa, jolloin siihen vaikutti ainoastaan Unrealissa tehtävä Visual Dataprep-optimointi toisinkuin OBJ:ssa, joka muodostettiin Navisworksissa ja vietiin optimoitavaksi 3DS Maxille. Taulukon lukemat ovat ennen optimointia.

CAD-mallien vertailu ESS-projektissa
Kuvassa vertaillaan STEP ja OBJ-tiedostomuotojen eri kolmiomääriä Unrealissa. Ruutukaappaus Unreal Fest-nauhoitteesta. 

Omat ajatukset esityksestä

Esitys oli erittäin informatiivinen kehittäjän näkökulmasta. Tuon kokoluokan projektissa oli hienoa nähdä konkreettisia esimerkkejä, miten Unrealia oli hyödynnetty sekä minkälaisia ratkaisuja kehittäjätiimi oli tehnyt. Mielenkiintoista oli myös kuulla miten ja millä työkaluin kehittäjätiimi oli lähtenyt työstämään projektia. Työnkulun käsittelyssä sekä eri tiedostomuotojen vertailussa näin samankaltaisia löydöksiä mitä itsekin tutkein vuosi sitten julkaistussa opinnäytetyössäni.

Tiedostomuotojen välisissä eroissa olisin halunnut kuulla lisää, mitä muita eroavaisuuksia kehittäjätiimi oli löytänyt kuin pelkästään kolmioiden lukemat. Tämä ehkä selittyi sillä, ettei viimeisen päälle hiottu graafinen visuaalisuus ollut tärkein aspekti heidän projektissaan vaan tapa, jolla he pystyvät esittämään sekä auttamaan päätöksenteoissa.

 

Lisää

 

Tiina Ahola

Tiina Ahola, sovelluskehittäjä, HAMK Smart -tutkimusyksikkö

VATTU – Valmistavan teollisuuden virtuaaliset tuotteet -hanke

Hankkeen tavoitteena on tutkimuksen, selvitysten ja kokeiluiden avulla tuottaa ja jalkauttaa uutta tietoa yritysten hyödynnettäväksi koskien yritysten mahdollisuuksia hyödyntää pelimoottori- ja siihen liittyviä teknologioita (kuten AR tai VR) tuotannossaan ja toiminnassaan. Hankkeen kesto on 1.6.2019 – 31.12.2020. Toiminta-ala on Kanta-Häme, Valkeakoski ja Hyvinkää.

Leave A Reply