3D-simulaatiolla metsään voi mennä kotisohvallakin – myös tulevaisuuden metsään

Syväjärvi-simulaatiossa samaa metsää voi tarkastella nyt ja tulevaisuudessa. Vasemmassa kuvassa metsä on sellaisena kuin se on nyt, keskellä heti hakkuun jälkeen ja oikealla 20 vuotta hakkuun jälkeen. Kuva: Joensuun Tiedepuiston pelihautomo / Joensuu Games OSK

Joensuun Tiedepuistossa kehitettiin metsän kolmiulotteista mallintamista. Metsähallitus tarvitsi metsän kehityksestä ennusteen, jonka maallikkokin ymmärtäisi. Tarve ja osaaminen kohtasivat – syntyi simulaatio Suomussalmen Syväjärven metsästä.

Simulaation teki Joensuu Games OSK -yhtiö Tiedepuiston pelihautomossa. Simulaation toimintalogiikka ja perusohjelmointi ovat samat kuin peleissä.

Samassa paikassa on syntynyt simulaatioita muustakin, esimerkiksi joensuulaisten kaupunkikortteleiden suunnitelmista, joita jokainen voi tarkastella 3D-laseilla aivan kuin ne olisivat jo valmiita. ”Se oli vielä helppoa, niin kuin ihmisen tekemien asioiden, kuten autojen ja rakennusten simulointi muutenkin. Mutta kun mennään luontoon, kaikki muuttuu. Kaiken maailman pöheiköt, ne ovat simuloijan painajainen”, sanoo kehityspäällikkö Veikko Miettinen Tiedepuistosta.

3D-simulaatiossa voi liikkua virtuaalilasien ja käsiohjaimien avulla. Kuva: Joensuun Tiedepuisto/Tuukka Pakarinen
3D-simulaatiossa voi liikkua virtuaalilasien ja käsiohjaimien avulla. Kuva: Joensuun Tiedepuisto/Tuukka Pakarinen

Välineitä metsäsopuun

Syväjärven alue on lähellä Suomussalmen kirkonkylää. Kun Metsähallitus suunnitteli alueelle korjuutoimia, paikalliset nousivat vastarintaan: kaikista kunnan metsistä juuri tämä metsä oli kuntalaisten virkistykselle se ratkaiseva.

Metsähallitus oli sitä mieltä, että suunnitellut harvennushakkuut eivät heikennä alueen virkistysarvoa. Paikkakuntalaiset olivat eri mieltä. Lopulta hakkuita siirrettiin, jotta asiaan saataisiin parempi selvyys.

Joensuu Games OSK toimitti Syväjärvi-simulaation Metsähallitukselle viime keväänä. Sen tarkoitus oli näyttää, miten hakkuut todellisuudessa vaikuttavat maisemaan. Simulaatio on kolmiulotteinen kuva koko alueesta puineen, rakennuksineen, pinnanmuotoineen, kaikkineen.

Lähtömateriaalina simulaatiossa oli peruskarttatieto, puiden määrä hehtaaria kohti, puiden keskimääräinen läpimitta ja latvakorkeus sekä suurin ja pienin latvakorkeus. Lisäksi alueelta otettiin noin sata valokuvaa.

Puulajeista on mallinnettu vain kahta, mäntyä ja koivua, koska muita puulajeja alueella ei juuri ole. Esimerkiksi männystä tietokoneen muistiin on tallennettu noin 20 eri-ikäistä mallipuuta, keloja unohtamatta.

Mallinnus tehtiin riittävän suurelta alueelta, koska havaittiin, että esimerkiksi ympäröivät vaarat vaikuttavat valo-olosuhteisiin. Simulaatiota rakentamassa ollut Mika Vesitie Joensuu Gamesilta näyttää, kuinka aurinkoa nostamalla valon ja varjon suhteet simulaatiossa muuttuvat täydellisesti.

Juuri se, miten valo näkyy simulaatiossa, hämmästyttää: yhtäältä kirkkaana auringonpaisteena ja toisaalta puiden oksiston välitse siivilöityvänä hämynä.

Simulaatio näyttää tulevan

Malli tehtiin neliöltä, jonka sivu on kahdeksan kilometriä. Alueella kasvaa noin 1,2 miljoonaa puuta, jotka istutettiin simulaatioon käsin, taimet mukaan lukien.

Aikaa meni noin kolme ja puoli kuukautta, yhden hengen työksi muunnettuna. ”Nyt se menisi kuukaudessa”, lupaa Vesitie.

Simulaatiossa metsää voi katsoa vaikka kilometrien korkeudesta, mistä voi siirtyä portaattomasti ja omalla vauhdilla maan tasalle. Voi vaeltaa oman halun mukaan puiden seassa, nousta välillä ylemmäs katsomaan lähimaisemaa ja mennä vaikka läheisen suon pitkospuille.

Esimerkiksi videokameralla saisi näkyville vain sen, minkä kuvaajakin on nähnyt. Simulaatiossa näkee kaikkialle, oman halun mukaan.

Simulaatio ei ole kuin kuuden gigatavun kokoinen. ”Toimitin se tilaajalle muistitikulla”, sanoo Vesitie.

Ehkä tärkeintä simulaatiossa on, että sillä voi nähdä tulevaisuuteen. Kun suomussalmelaiset epäilivät sitä, miltä harvennushakkuiden jäljet näyttäisivät nyt ja tulevaisuudessa, simulaatiossa voi tehdä rajatulle alueella hakkuun napin painalluksella. Yhtä helposti saa kuvan siitä, miltä kohde näyttää vaikkapa 20 vuoden kuluttua.

Ainoa ero todelliseen on, että kannot jäävät näkyviin koko 20 vuodeksi ja aluskasvillisuus on heinää, koska varvikon mallintaminen olisi ollut ihan oma urakkansa.

Mika Vesitie Joensuun Tiedepuistosta esittelee virtuaalimetsää tietokoneelta. Kuva: Joensuun Tiedepuisto/TuukkaPakarinen
Mika Vesitie Joensuun Tiedepuistosta esittelee virtuaalimetsää tietokoneelta. Kuva: Joensuun Tiedepuisto/TuukkaPakarinen

Kehitystyö jatkuu

Metsähallituksessa ollaan tyytyväisiä simulaatioon. Suunnittelupäällikkö Hannu Lehtosen mukaan siitä toivotaan uutta työkalua hakkuiden vaikutuksen arvioimiseen.

”Jatkotyön tavoite voisi olla, että tästä saataisiin suunnittelun työkalu. Se edellyttäisi, että puustotiedot siirtyisivät simulaatioon automaattisesti”, sanoo Lehtonen.

Lehtosen mukaan Metsähallituksen lisäksi simulaatioilla luulisi olevan käyttöä kuntien läheisten taajamametsien hoidon suunnitteluissa.

Syväjärvi-simulaation jälkeen Tiedepuistossa ei ole jääty odottelemaan. Mallinnusta kehitetään jatkuvasti. ”Pitäisi saada enemmän fotorealismia, valokuvan tarkkuutta”, sanoo Vesitie.

Tarvittavaa muistitilaa ja konetehoa pitää saada pienemmäksi. Ja ihmistyön määrää vähemmäksi.

Työn määrää pyritään vähentämään erilaisten kuvapankkien avulla. Tekeillä ovat aluskasvillisuus-, puu-, kivi-, tie- ja vesipankit, joihin tallennetaan perusmalleja siitä, mitä luonnossa näkyy. ”Niiden avulla pystymme vähentämään ihmistyön määrän kolmannekseen”, lupaa Vesitie.

Selvittämättä on se, mitä mahdollisuuksia kauko-ohjattavilla koptereilla tehtävät kuvaukset tuovat.
Myös nyt jo kerättävästä metsädatasta saa irti enemmän kuin nyt.

”Avoin metsädata tekee jonakin päivänä mahdolliseksi sen, että jokainen voi tilata simulaation omasta metsästään. Tällä on merkitystä, jos ihmiset asuvat kaukana metsistään eivätkä pääse paikan päälle”, sanoo Juha Purmonen Tiedepuistosta.

Simulaatiosta näkee tietyt asiat jopa paremmin kuin paikan päällä, kuten juuri tulevaisuuden vaihtoehdot. ”Esimerkiksi metsien laserkeilaukseen on pantu ja pannaan paljon rahaa. Näin kerätty data pitää saada hyötykäyttöön”, sanoo Purmonen.

Valokuva kertoo lahot ja lannoitustarpeet

1900-luvun on sanottu olleen elektronin vuosisata, koska sähkö ja elektroniikka mullistivat silloin maailmamme. Nykyistä vuosisataa taas on sanottu fotonin vuosisadaksi, koska nyt valo ja sen käyttö muuttavat maailmaamme monelta suunnalta. YK julistikin vuoden 2015 kansainväliseksi valon vuodeksi.

Metsäalalla valon spektrianalyysillä voidaan selvittää, mitä alkuaineita kuvattavassa kohteessa on. Voidaan siis ottaa kuva puusta ja selvittää kuvan perusteella kohteesta heijastuvan valon taajuudet. Sen perusteella voidaan selvittää, mitä alkuaineita puussa on tai onko se sisältä lahoa.

Lahon perusteella voidaan selvittää vaikkapa kaupunkipuista, pitääkö ne kaataa vai ei. Alkuaineiden perusteella taas voidaan selvittää maaperän lannoitustarve.

Joensuun fotoniikka-asiantuntijat ovatkin yhteistyössä viereisen Itä-Suomen yliopiston biologien kanssa, jotka selvittävät eri puulajien ja niiden sisältämien alkuaineiden valospektrejä.

Purmosen mukaan fotoniikka on Suomessa merkittävä tutkimusala, jonka tutkijat Helsingissä, Tampereella, Joensuussa ja Oulussa ovat kukin erikoistuneet omaan suuntaansa. Joensuun erikoisalaa ovat optiikka ja metsä.

Näiden alojen yhteistyön kautta saadaan metsän simuloinnin kaltaisia uusia innovatiivisia avauksia. Syväjärvi-simulaation juuret ovatkin joka syyskuussa Kolilla järjestettävässä kansainvälisessä Forest&Photonics-tapahtumassa.


Video Syväjärvi-simulaatiosta

Joensuun Tiedepuisto

Forest&Photonics-tapahtuma


 

Kirjoittaja

Hannes Mäntyranta

Kirjoita kommentti