Dynaamisen maiseman mallinnus

Current 3D software is highly adapted for modeling artificial objects, such as structures and buildings. However, a significant part of landscape design is about the natural environment, which creates a challenge for the existing 3D modeling software. This thesis has studied the complexity of the natural environment with virtual landscapes, through testing the modeling of a traditional landscape architectural project, a park. The aim was to research, how are the modern modeling tools capable to depict the intricacy of landscapes. Previous research of landscape modeling and virtual landscapes was surveyed, and the scarceness of earlier studies support the need for this thesis. As the digital world mimics the physical world, the elements of a real landscape were discovered first. Multiple sources were surveyed, and a categorizing of five different elements of a landscape was established: landform, structures, water, vegetation and atmosphere. These five components functioned as the base of this research. The modeling of a landscape started by researching earlier studies about landscape modeling, to explore the current state of 3D tools. Thereafter, the surveyed theory was connected to the practice, and the tools were tested by replicating the five elements of a landscape with a 3D software. The purpose was to recognize the most problematic components to transform into digital form, and to find an explanation for the problems. The common nominator for the complications were found to be caused by the changing appearances of the elements though time, in other words the more dynamic the element, the more difficult it was to digitally duplicate. After the problem was recognized, the research proceeded to study how could these dynamics be presented with other virtual methods. The complexity of the matter required an untraditional tool, a virtual reality software with its four-dimensional approach to be used. By testing the replication of the five elements again, this time with VR, the most problematic components were once again categorized. VR was able to depict the previously recognized, problematic elements without major complications, but the scale of difficulty was still affected by the dynamism factor. A comparison of the results examined the differences and similarities between the methods, and two scales were concluded. A scale of modeling difficulties showed that although some of the elements are easier to model in 3D, the hardest elements, vegetation and atmosphere, are both created much easier with VR. The scale of how well the dynamism and realism were depicted with the modeling methods was unambiguous, the VR was superior in presenting a realistic landscape. The objective of this research was to discover a technique to present the natural environment equally realistically than the static, artificial world. Although VR is good at displaying life-like scenarios to the viewer, these types of software are not intended to be used as an exact designing tool currently. These limitations create a further need for 3D software. Yet, 3D is not able to display the dynamism of nature, which may impact the way the design is presented. All in all, VR software have a lot of potential to develop towards useful designing tools for landscape architects. Perhaps all the currently required programs can be found in one package in the near future.Nykyiset 3D-ohjelmistot soveltuvat erittäin hyvin objektien, kuten rakenteiden ja rakennusten mallintamiseen. Huomattava osa maisema-arkkitehdin suunnittelusta liittyy kuitenkin luonnonympäristöön, minkä toisintaminen on haasteellista olemassa olevilla 3D-ohjelmistoilla. Tässä diplomityössä on tutkittu luonnonympäristön monimutkaisuutta virtuaalimaisemissa. Perinteisen puiston mallintamisen avulla tavoitteena oli selvittää, miten nykyiset mallinnustyökalut pystyvät kuvaamaan monimutkaista maisemaa. Maiseman mallintamisen ja virtuaalisen maiseman aiempien tutkimusten vähäinen määrä tukee tämän tutkielman tarpeellisuutta. Ensimmäisenä selvitettiin, mistä osista aito luonnonmaisema koostuu. Useiden eri lähteiden luokittelutapojen yhteenvetona muodostettiin selkeä jaottelu viiteen eri maisemaelementtiin: maastonmuoto, rakenteet, vesi, kasvillisuus ja atmosfääri. Samaa jaottelua voidaan käyttää digitaalisen mallinnuksen tutkimiseen, sillä digitaalinen maailma jäljittelee fyysistä maailmaa. Nämä viisi rakennusosaa toimivatkin tämän tutkimuksen perustana. Maiseman mallintamisen tutkimus aloitettiin kartoittamalla 3D-työkalujen nykytilanne aikaisempien tutkielmien avulla. Tämän jälkeen mallinnustyökaluja testattiin, pyrkimällä mallintamaan kaikki maiseman elementit 3D-ohjelmistolla. Tarkoituksena oli tunnistaa kaikkein hankalimmin digitaaliseen muotoon muunnettavat rakennusosat, ja samalla löytää selitys vaikeuksille. Ongelmien havaittiin johtuvan elementtien ulkonäön muuttumisesta ajan saatossa, toisin sanoen mitä dynaamisempi elementti oli, sitä vaikeampaa siitä oli luoda digitaalinen kopio. Ongelmakohdan tunnistamisen jälkeen tutkimuksessa siirryttiin selvittämään, miten maiseman dynaamisuutta voitaisiin esittää muunlaisilla virtuaalisilla menetelmillä. Dynaamisuuden esittämistä varten tarvittava neljäs ulottuvuus edellytti epätavallista lähestymistapaa, joten käyttöön otettiin virtuaalitodellisuus. Maiseman viisi elementtiä mallinnettiin uudelleen, tällä kertaa VR-ohjelmistolla, ja maiseman ongelmallisimmat komponentit luokiteltiin jälleen. VR kykeni mallintamaan aiemmin tunnistetut, ongelmalliset elementit ilman suurempia komplikaatioita, mutta dynaamisuus oli edelleen suurin vaikuttava hankaluustekijä. Tulosten vertailussa tutkittiin menetelmien välisiä eroja ja yhtäläisyyksiä, ja tehtiin kaksi mitta-asteikkoa. Mallinnuksen vaikeusasteikko osoitti, että vaikka osa elementeistä oli helpompi mallintaa 3D-muodossa, osa vaikeimmista elementeistä, kuten kasvillisuus ja atmosfääri, syntyivät paljon helpommin VR:n avulla. Dynaamisuutta ja realismia kuvaava mitta-asteikko oli yksiselitteinen, VR-mallintaminen oli ylivoimaisesti parempi esittämään maisemaa realistisesti. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli löytää esitystekniikka, jolla luonnonympäristöä kyetään kuvaamaan yhtä todenmukaisesti kuin staattista, keinotekoista maailmaa. Vaikka VR:llä voidaan esittää hyvin todentuntuisia maisematiloja, ei tämän tyyppisiä ohjelmistoja voida käyttää tarkkoina suunnittelutyökaluina tällä hetkellä. Rajoitukset luovat tarpeen käyttää 3D-ohjelmistoja edelleen. 3D:llä ei kuitenkaan kyetä näyttämään maiseman dynaamisuutta, mikä taas vaikuttaa suunnittelun esitystapaan. VR-ohjelmistoilla on potentiaalia kehittyä hyödyllisiksi maisema-arkkitehtuurin työkaluiksi. Kenties kaikki maisema-arkkitehtuuriin tarvittavat ohjelmistot löytyvät samasta paketista lähitulevaisuudessa