Virtual technology and haptic interface solutions for design and control of mobile working machines

Commercially available haptic interfaces are usable for many purposes. However, as generic devices they are not the most suitable for the control of heavy duty mobile working machines like mining machines, container handling equipment and excavators. Alternative mechanical constructions for a haptic controller are presented and analysed. A virtual reality environment (VRE) was built to test the proposed haptic controller mechanisms. Verification of an electric motor emulating a hydraulic pump in the electro-hydraulic system of a mobile working machine is carried out. A real-time simulator using multi-body-dynamics based software with hardware-in-loop (HIL) setup was used for the tests. Recommendations for further development of a haptic controller and emulator electric motor are given.

Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

Visualisointiympariston suunnittelu

Diplomityossa kartoitetaan Visualisointiympäristön rakentamiseen ja toteuttamiseen soveltuvia tekniikoita. Kartoituksen perusteella laadittiin lista tarvittavista komponenteista Visualisointiympäristön toteuttamiseksi Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan osastolle mekatroniikan ja virtuaalisuunnittelun laboratoriolle. Työssä tarkastellaan keinotodellisuuden ulottuvuuksia ja esitellään sen hyödyntämismahdollisuuksia eri aloilla nyt ja tulevaisuudessa. Keinotodellisuuteen liittyvät tekniikat eri toteuttamistapoineen esitellaan käyttäen esimerkkeinä tällä hetkellä markkinoilla olevia tuotteita. Lopuksi arvioitiin virtuaalitekniikan kehitystä ja sen merkitystä tulevaisuudessa. Tutkimus osoittaa, etta keinotodellisuudelle löytyy runsaasti sovelluksia eri aloilla, ja edullisen PC-tekniikan kehittyessä kustannukset laskevat jatkuvasti, jolloin vähitellen keinotodellisuus yleistyy.

Liikesimulaattorialustan kehittäminen virtuaaliprototyypin avulla

Työn tarkoituksena oli kehittää kuuden vapausasteen liikesimulaattorialusta virtuaaliprototyypin avulla siten, että alustan dynamiikka mallinnetaan Adams-ohjelmistolla ja ohjaus- ja säätöpiiri Matlab Simulink:llä. Tarkoituksena oli tutkia dynaamisen mallin ja säätöteknisen mallin yhdistämistä ja niiden yhteen toimimista. Tarkoituksena oli myös selvittää tulevaisuudessa rakennettavan Stewart:n alustan mekaniikan mitat ja hydraulikomponenttien koot. Työssä tutkittiin alustan käyttäytymistä halutulla liikealueella, nopeuksia joita saavutetaan ja mekaanisia rajoitteita. Työn tuloksesta on tarkoitus rakentaa fyysinen prototyyppi liittyen KONSI-projektiin, jossa kehitetään satamanosturisimulaattori nosturiohjaajan koulutuksen tueksi. Malli tullaan kytkemään Teppo Lehtisen diplomityönä tehtyyn satamanosturi kontin simulointimalliin ja koko järjestelmän on tarkoitus toimia reaaliaikaisena.

Datanomiopiskelijat sosiaalisen median käyttäjinä

Tutkimukseni aiheena on tarkastella datanomiopiskelijoita sosiaalisen median käyttäjinä. Sosiaalisen median käyttö opetuksessa on nykypäivänä jo aika yleistä. Erilaisia sosiaalisen median keinoja käytetään jo kaikilla oppiasteilla. Opettajan on tärkeää tuntea eri palvelujen tarkoitukset ja soveltuvuus opetustilanteeseen. Työn tarkoitus on tutkia sosiaalisen median palveluja kuudesta eri näkökulmasta, jotka tukevat opetusta ja oppimista. Näitä ovat verkostoitumispalvelut, virtuaalimaailmat, sisällöllinen kirjoittaminen, verkko-oppimisympäristöt, videoverkkopalvelut ja verkkoviestintäpalvelut. Työssä tutkitaan Lappeenrannan Palvelualojen koulun datanomiopiskelijoiden sosiaalisen median palvelujen käyttämistä sekä kysytään käyttöaktiivisuutta ja mielipidettä palvelujen käyttämiseen opetuksessa. Tutkimustulokset antavat kuvan siitä, minkälaisia sosiaalisen median palveluja opiskelijat käyttävät. Tutkimus osoittaa, että datanomiopiskelijat käyttävät sosiaalisen median palveluja ahkerasti, erityisesti wikiä, blogia ja pikaviestimiä sekä Moodle-oppimisympäristöä. Tutkimuksen perusteella voidaan kehittää opetuksen laatua ja opetusmenetelmiä sosiaalisen median opetuskäyttöä tukevaksi. Opettajan rooli muuttuu sosiaalisen median palvelujen käytön myötä yhä enemmän ohjaavaksi ja tasa-arvoiseksi opiskelijoiden kanssa. Opetus muuttuu yhteisöllisemmäksi ja verkostoituneemmaksi. Opettajan ja opiskelijoiden vuorovaikutustaitojen merkitys korostuu. Myös tulevaisuuden haasteet ja ennen kaikkea mahdollisuudet nousevat esiin. Opetuksen suunnittelussa on hyvä pystyä huomioimaan uudet mahdollisuudet ja käyttää niitä kattavasti.

Virtuaalitekniikoiden ja riskianalyysin käyttö kivenmurskainten tuotekehityksessä

Tässä työssä keskitytään Metso Mineralsin valmistamien tuotteiden suunnitteluympäristöön ja erityisesti sen kehittämismahdollisuuksiin uusien teknologioiden avulla. Käyttövarmuuden parantamiseksi yksi potentiaalisimmista keinoista on parantaa laitteiden huollettavuutta. Tyypillisesti huollettavuuden verifiointi tapahtuu vasta prototyyppien testauksessa työmaaolosuhteissa, jolloin havaittujen ongelmien muuttaminen on hankalaa. Siksi huollettavuuteen tulisi kiinnittää enemmän huomiota jo tuotekehitysvaiheessa. Tässä työssä selvitetään virtuaalitekniikoiden tarjoamia mahdollisuuksia em. asioiden parantamiseksi. Työn toisena osakokonaisuutena tutkitaan riskianalyysien kehittämismahdollisuuksia. Tavoitteena on kehittää toimiva menetelmä riskianalyysin suorittamiseen virtuaaliprototyyppien avulla ja testata kaupallisten riskianalyysiin tarkoitettujen sovellusten käyttöä. Lopuksi tarkastellaan vielä uusien menetelmien integrointia osaksi tuotekehitysprosessia. Tehtyjen Case-tutkimusten perusteella havaittiin, että virtuaaliympäristöjen ja -tekniikoiden avulla saavutetaan hyötyä tuotekehityksen varhaisessa vaiheessa. Kyselytutkimuksesta saadun palautteen perusteella virtuaalitekniikoiden sovelluksille annettiin asteikolla 1–5 yleisarvosanaksi keskimäärin kolme. Virtuaalitekniikoiden ja riskianalyysien yhteiskäyttöä testattiin onnistuneesti, mutta tämä vaatii vielä kehittämistä.

Control of Robot by Means of Human Thought

Brain computer interface (BCI) is a kind of human machine interface, which provides a new interaction method between human and computer or other equipment. The most significant characteristic of BCI system is that its control input is brain electrical activities acquired from the brain instead of traditional input such as hands or eyes. BCI technique has rapidly developed during last two decades and it has mainly worked as an auxiliary technique to help the disable people improve their life qualities. With the appearance of low cost novel electrical devices such as EMOTIV, BCI technique has been applied to the general public through many useful applications including video gaming, virtual reality and virtual keyboard. The purpose of this research is to be familiar with EMOTIV EPOC system and make use of it to build an EEG based BCI system for controlling an industrial manipulator by means of human thought. To build a BCI system, an acquisition program based on EMOTIV EPOC system is designed and a MFC based dialog that works as an operation panel is presented. Furthermore, the inverse kinematics of RV-3SB industrial robot was solved. In the last part of this research, the designed BCI system with human thought input is examined and the results indicate that the system is running smoothly and displays clearly the motion type and the incremental displacement of the motion.

Eleohjaus Google Cardboard-virtuaaliympäristöön käyttäen älypuhelimen kameraa

Tässä opinnäytetyössä on toteutettu ja arvioitu virtuaalitodellisuuteen soveltuvaa käyttöliittymää. Motivaationa työlle oli Google Cardboardin mahdollistama todentuntuinen virtuaalikokemus älypuhelimen hinnalla. Cardboard-ympäristöön ei kuitenkaan ollut olemassa kattavaa käyttöliittymää ja tämän työn tavoitteena olikin selvittää, onko älypuhelimen kameraa mahdollista käyttää eleohjauksen toteuttamiseen niin että ohjaus on käytettävyydeltään kelvollinen ja se tukee läsnäolon tunteen syntymistä. Asian selvittämiseksi kehitettiin testipeli, jolla eleohjausta verrattiin Cardboardin oletuskäyttöliittymään. Koehenkilöt saavuttivat ehdotetulla käyttöliittymällä testipelissä keskimäärin 45-% korkeampia pistemääriä ja lisäksi he arvioivat sen olleen toimiva ja sen synnyttämän läsnäolon tunteen olleen voimakkaampaa.

Resoluutio ennen, nyt ja tulevaisuudessa. Onko 8K tarpeeksi ja kuinka paljon 16K oikeastaan on?

Tämä työ on kirjallisuuskatsaus digitaalisen teräväpiirtoresoluution historiaan, nykyhetkeen ja tulevaisuuteen. Lisäksi käydään läpi eri medioista löytyviä termejä ja pyritään selvittämään näiden termien merkitys lukijalle. Työ on tehty Lappeenrannan teknillisen yliopiston Tietotekniikan osastolle. Teräväpiirtotelevision historia alkaa jo 1960-luvulta ja ensimmäiset teräväpiirtoresoluutiot kehitettiin 1970-luvulla. Kun resoluutiota kasvatetaan, myös kuvatiedoston ja vaadittavan tallennustilan koko kasvaa. Se aiheuttaa uusia haasteita muun muassa lähetys-, pakkaus- ja vastaanotintekniikoille. 4K-resoluutiot ovat jo täällä, mutta miten käy 16K-resoluution. Onko suuresta resoluutiosta hyötyä esimerkiksi Virtual Reality –sovelluksissa?

Design of Streaming Media Panoramic Video System Based on WebGL

2016 is the outbreak year of the virtual reality industry. In the field of virtual reality, 3D surveying plays an important role. Nowadays, 3D surveying technology has received increasing attention. This project aims to establish and optimize a WebGL three-dimensional broadcast platform combined with streaming media technology. It takes streaming media server and panoramic video broadcast in browser as the application background. Simultaneously, it discusses about the architecture from streaming media server to panoramic media player and analyzing relevant theory problem. This paper focuses on the debugging of streaming media platform, the structure of WebGL player environment, different types of ball model analysis, and the 3D mapping technology. The main work contains the following points: Initially, relay on Easy Darwin open source streaming media server, built a streaming service platform. It can realize the transmission from RTSP stream to streaming media server, and forwards HLS slice video to clients; Then, wrote a WebGL panoramic video player based on Three.js lib with JQuery browser playback controls. Set up a HTML5 panoramic video player; Next, analyzed the latitude and longitude sphere model which from Three.js library according to WebGL rendering method. Pointed out the drawbacks of this model and the breakthrough point of improvement; After that, on the basis of Schneider transform principle, established the Schneider sphere projection model, and converted the output OBJ file to JS file for media player reading. Finally implemented real time panoramic video high precision playing without plugin; At last, I summarized the whole project. Put forward the direction of future optimization and extensible market.

Ba in Virtual Communities

Virtual communities – interactive networks in cyberspace seasoned with feelings – are a highly topical research theme. Besides academics, more and more companies ponder upon the nature and implications of the sense of virtual communities. This thesis takes a novel viewpoint on this research and examines virtual communities from virtual ba perspective. Ba is the space – in this case a virtual and a mental one, where knowledge based interaction occurs. The aim of this thesis is to clarify the concept of virtual ba, and the development and appearance of ba in virtual communities. The scientific contribution of this qualitative case study is conceptual clarification and validation of the concept of virtual ba. The empirical part of the thesis examines blogs: Internet-based communication media, using data triangulation (observation, narratives and a thematic interview). The thesis provides insights into the development of virtual ba that has also managerial relevance.

Virtual Battlespace 2 Panssarikoulun opetuksessa : tapaustutkimus sotilaspedagogiikan näkökulmasta

Tutkielmani tavoitteena oli tutkia tapauksena Bohemia Interactive Simulationsin valmistaman Virtual Battlespace 2 (VBS2) -tietokonepelisimulaattorin käyttöönottoa Panssariprikaatin Panssarikoulun varusmieskoulutuksessa. Tutkimuskysymysten avulla oli tarkoituksena selvittää, mitkä tekijät ja tapahtumat vaikuttivat siihen, että VBS2 otettiin käyttöön, minkälaisin perustein koulutus suunniteltiin ja järjestelmän käyttö varusmieskoulutuksessa käynnistettiin. Lisäksi ajatuksena oli aineiston mahdollistamissa puitteissa tutkia VBS2:n käytöstä tähän mennessä kertyneitä kokemuksia kouluttajien näkökulmasta, tavoitteena tuottaa myös perustietoa tulevaisuuden VBS2-koulutuksen suunnittelua ja toteuttamista varten. Tutkimusmenetelmänä oli tapaustutkimus, jonka aineisto kerättiin toteuttamalla teemahaastatteluita. Tutkimusta varten haastateltiin kahta VBS2-järjestelmää ensimmäisenä varusmieskoulutuksessa käyttänyttä kouluttajaa. Haastatteluaineisto käsiteltiin aineistolähtöisen sisällönanalyysin menetelmin. Tuloksia tarkasteltiin sotilaspedagogiikan näkökulmasta ja suhteessa oppimisympäristöjen sekä oppimisprosessin suunnittelun teorioihin. Tutkielma rakentuu johdannosta, menetelmäluvusta, yhdistetystä teoria- ja tulosluvusta sekä johtopäätös- ja pohdintaluvusta. Tutkimuksen tuloksina ilmeni, että Virtual Battlespace 2:n käyttöönotto Panssarikoulussa oli aktiivisten ja innovatiivisten henkilöiden aikaansaannosta, jossa spontaanin, ennakkoluulottoman ja opetuksen laadun kehittämiseen tähtäävän kokeilun myötä otettiin käyttöön uudenlainen koulutusväline. Samalla saatiin aikaan myönteisiä oppimistuloksia ja kiinnostavia muutoksia yhden joukkoyksikön koulutuskulttuuriin ja totunnaisiin koulutuksen käytäntöihin. VBS2:n käyttöön liittyviä keskeisiä teemoja ovat oppimisprosessin kokonaisvaltainen hallinta, eli VBS2-koulutuksen huolellinen suunnittelu ja integrointi osaksi muuta koulutusta, koulutustapahtumien valmistelujen ja kouluttajien ammattitaidon merkitys, koulutustapahtumien johtamisen paikoin muusta sotilaskoulutuksesta poikkeavat käytännöt sekä VBS2:n aikaansaaman oppimisen ymmärtäminen. Kouluttajien kokemusten perusteella VBS2 on avoin oppimisympäristö, joka ei korvaa mitään olemassa olevista koulutusmuodoista, mutta täydentää niitä tehokkaasti tarjoten uudenlaisia ulottuvuuksia sotilaskoulutukseen. Sen avulla voidaan tehokkaasti kehittää erityisesti sotilaan henkistä ja sosiaalista toimintakykyä sekä siirtää koulutuksen painopistettä soveltaviin maastoharjoituksiin. Tutkielma avaa näkökulmia VBS2:n ja muiden virtuaalisten oppimisympäristöjen pedagogiselle pohtimiselle ja tuleville aiheeseen syventyville tutkimuksille. Lisäksi se herättää keskustelua varusmieskoulutuksemme parhaista käytänteistä ja kehitystrendeistä.

Developing usability evaluation heuristics for augmented reality applications

There is no generic usability heuristics for Augmented Reality (AR) applications, thus, the aim of this thesis was to develop one. The development of the heuristics was carried out in phases. Based on a literature review, a preliminary version of the heuristics was developed, which was evaluated by four experts. As a result, six evaluation criteria were formed: 1) interaction methods and controls, 2) presentation of virtual objects, 3) relationship between virtual objects and real world, 4) information related to virtual objects, 5) suitability for the usage context and 6) physical comfort of use. The heuristics should be used with Nielsen's (1995) generic usability evaluation heuristics. The heuristics are not ready to be used as such, since it must still be tested in practice.

Depth sensors in augmented reality solutions. Literature review

The emergence of depth sensors has made it possible to track – not only monocular cues – but also the actual depth values of the environment. This is especially useful in augmented reality solutions, where the position and orientation (pose) of the observer need to be accurately determined. This allows virtual objects to be installed to the view of the user through, for example, a screen of a tablet or augmented reality glasses (e.g. Google glass, etc.). Although the early 3D sensors have been physically quite large, the size of these sensors is decreasing, and possibly – eventually – a 3D sensor could be embedded – for example – to augmented reality glasses. The wider subject area considered in this review is 3D SLAM methods, which take advantage of the 3D information available by modern RGB-D sensors, such as Microsoft Kinect. Thus the review for SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) and 3D tracking in augmented reality is a timely subject. We also try to find out the limitations and possibilities of different tracking methods, and how they should be improved, in order to allow efficient integration of the methods to the augmented reality solutions of the future.