Teräksen tuotannon visuaalinen simulointi

Teräksen tuotannon visuaalinen simulointijärjestelmä on lumetodellisuussovellus, joka esittelee Iyhyesti teräksen tuotannon keskeiset vaiheet asiaan vihkiytymättömälle käyttäjälle. Järjestelmä toteutettiin osaksi tiedekeskus Heurekan Tekniikka -näyttelyä. Työn alussa esitellään lumetodellisuustekniikan perusteita ja käyttöä tuotannon visualisoinnissa. Käytetyn tekniikan soveltuvuutta opetusjärjestelmiin pohditaan vertailemalla sitä perinteisiin tekniikoihin ja esittelemällä kaksi myös opetuskäyttöön soveltuvaa lumetodellisuussovellusta. Teräksen tuotantoprosessista esitellään lyhyesti masuunin, konvertterin, valukoneen, esivalssin, nauhavalssin ja kelaimen toiminta. Samalla selvitetään opetusjärjestelmään esitettäväksi valitut osat ja esitystavat. Työn pääosan muodostaa ohjelmiston toteutustekniikoiden esittely. Esittely alkaa kolmiulotteisen grafiikan perusteiden ja OpenGL-kirjaston esittelyllä. Ohjelmiston toteutuksessa käytetyt työkaluohjelmat ja näyttelykäyttöön valitut laitteistoratkaisut esitellään myös Iyhyesti ennen varsinaisen järjestelmän rakenteen esittelyä. Kolmikanavaisen tosiaikaisen grafiikan optimointi muodostaa työn keskeisen ongelma-alueen, joka jakautuu ohjelmointitekniseen optimointiin ja geometriatiedon optimointiin. Ohjelmointiteknisinä optimointimenetelminä esitellään niin kutsutut level of detail -rakenteet ja kytkinsolmujen käyttö. Geometriatiedon optimointi on grafiikan perustana olevien CAD-mallien muokkaamista. Mallien muokkaus jakautuu geometriatietoa yksinkertaistavaan ja geometriatiedon informatiivisuutta lisääviin menetelmiin. Informatiivisuutta lisäävinä menetelminä esitellään radiositeettimallinnus ja teksturointi. Geometriatiedon yksinkertaistuksesta esitellään työssä käytettyjä yksinkertaistusalgoritmeja ja työkaluohjelmien tarjoamia yksinkertaistusmenetelmiä. Terästehdasta esittävää lumetodellisuustilaa elävöitettiin toteuttamalla joukko efektejä. Näiden efektien toteutuksesta ja tuloksista esitellään muun muassa kolmiulotteinen äänimaailma animoitu työmies, kipinäefektit, morffausanimaatiot ja tekstuurianimaatiot. Työn lopussa arvioidaan lopullisen järjestelmän nopeutta ja näyttävyyttä, sekä esitellään joitakin parannusehdotuksia