Kolmiulotteinen mallintaminen on tapa rakentaa vaihtoehtoista todellisuutta tietokoneen muistiin. Virtuaalitodellisuus on keino viedä ihminen tuon vaihtoehtoisen todellisuuden sisään. Kun tähän lisätään vielä neljäs ulottuvuus eli aika, niin pääsemme visuaaliseen historian uudelleen rakentamiseen.

Digitaalitekniikka on antanut aivan uudenlaiset mahdollisuudet historian rekonstruoimiselle. Ensimmäisiä osoituksia tästä tietokonemallien ja historian liitosta oli Jurassic Park -elokuva. Jurassic Parkissa esihistorialliset dinosaurukset, joita kukaan ihminen ei ole luonnossa nähnyt, tulivat lähes käsin kosketeltavan todellisiksi tietokonemallien avulla. Myöhemmin dinosaurukset söivät, lisääntyivät ja taistelivat elintilasta BBC:n tuottamassa tv-sarjassa "Matkalla dinosaurusten kanssa". Sarja oli fiktiivinen dokumentti, joka esitti dinosaurusten elämää ikään kuin se olisi kuvattu aikana, jolloin nuo eläinkunnan hurjimmat ilmestykset vaelsivat pallollamme.

Tietokonemallien avulla voidaan rakentaa maailmoja, joita ei enää ole, joita ei ole koskaan ollutkaan tai jotka saattavat joskus tulla olemaan. 3D-malli (tai virtuaalimalli tai tietokonemalli, käytän näitä sanoja synonyymeina tässä yhteydessä) rakennetaan tarkoitukseen suunnitelluilla mallinnusohjelmistoilla. Rakennuksen mallinnus voidaan aloittaa pohjakaavasta, tai esimerkiksi esihistoriallisen asumuksen rekonstruktion tapauksessa tutkijan tekemistä luonnoksista. Pohjakaava skannataan digitaaliseen muotoon, jolloin sen päälle voidaan mallintaa seinät ja lattiat. Viimeisessä vaiheessa mallinnetut kappaleet teksturoidaan eli niiden pinta peitetään jollain tekstuurilla. Jos halutaan vanhan hirsiseinän näköistä 3D-pintaa, niin pinta päällystetään vanhasta hirsiseinästä otetulla valokuvalla.

Seuraavaksi lisätään yksityiskohtia sitä mukaa, kun katsotaan tarpeelliseksi. Tietokonemalli ei voi kuitenkaan koskaan täysin vastata tarkkuudeltaan alkuperäistä, joten mallinnusprosessin alussa on mietittävä hyvin tarkkaan, mitkä ovat ne kohteen oleelliset alueet, jotka mallinnetaan. Muuten on vaarana, että kuukauden mittaiseksi tarkoitettu työ venähtää vuoden mittaiseksi.

Historiallisen rekonstruktion tapauksessa tietokonemallit voivat toimia, paitsi rekonstruktion visualisointina, myös tutkimusvälineenä. Mallin avulla suoritetut kokeilut voivat sulkea joitain mahdollisuuksia pois ja antaa tukea toisille. Arkkitehtuurin kohdalla tietokonemallit ovat erityisen käteviä. Alkuperäinen rakennus on aina turvassa, joten mallin avulla voidaan kokeilla sellaista, mitä ei todellisuudessa voi tehdä.

Kolmiulotteisten tietokonemallien käyttäminen on ainoa tapa esineiden digitaalisen tallentamiseen niin että esineiden ulottuvuudet säilyvät. Mutta mallintaminen ei ole kovin nopeaa ja se vaatii erityisosaamista. Siksi onkin kehitetty menetelmiä, joilla voitaisiin automaattisesti tai puoliautomaattisesti luoda olemassa olevista kohteista tietokonemalleja.

Kolmiulotteisia kappaleita voidaan digitalisoida, aivan kuten kuviakin. Tarkoitukseen on kehitetty laitteistoja esimerkiksi Digitaalinen Michelangelo -projektissa. Tällaiset laitteistot sopivat mm. patsaiden digitoimiseen, mutta kovin suuria kohteita niillä ei voi käsitellä. Suurempien kohteiden muuttamiseen 3D-muotoon on olemassa myös tapoja perinteisen mallintamisen ohella. Yksinkertaisen muotoiset rakennukset voidaan mallintaa esimerkiksi lentokoneesta tapahtuvan stereovalokuvauksen avulla. Lopputulos on sangen karkea, mutta tällä tavoin saadaan mallinnettua suuria alueita kerralla.

Kohteen kolmiulotteinen mallintaminen (olipa menetelmä mikä hyvänsä) voi siis olla historian tallentamista. Silloin on mietittävä sitä, kuinka nämä tallenteet saadaan säilymään jälkipolville. Yleisemmällä tasolla kysymys on siitä, kuinka digitaalinen kulttuuri ylipäätään säilyy ja kuinka sitä säilytetään. Virtuaalimallien sekä niiden näyttämiseen tarkoitettujen ohjelmien kohdalla ongelma on vielä suurempi, sillä 3D:n kehitys on huiman nopeaa ja siksi tekniset alustat muuttuvat jatkuvasti.

VRML (Virtual Reality Modelling Language) on yksi vaihtoehto virtuaalimallien säilytysmuodoksi. VRML on kolmiulotteisten maailmojen kuvaamiseen tehty kieli, jota myös useimmat 3D-mallinnusohjelmat osaavat kirjoittaa. Kieli on standardoitu, joten sen syntaksista vallitsee yksimielisyys. Tämä on tärkeää, sillä näin voidaan taata se, että tulevaisuuden tietokoneillakin voidaan lukea VRML-tiedostoja.

Pienoismallit ovat perinteinen 3-ulotteinen esittämisen tapa, jota on käytetty paljon esimerkiksi museoiden historiallisissa rekonstruktioissa. Pienoismallit vaativat paljon tarkkaa käsityötä ja niitä onkin käsityön taidonnäytteinä arvostettava. Mutta pienoismalli - onpa se kuinka kaunis tahansa - jättää katsojan aina ulkopuolelleen. Virtuaalimalli päästää sopivan ohjelmiston avulla kävijän sisäänsä, omaan virtuaaliseen maailmaansa. Mallin käyttäjä voidaan ympäröidä todellisuudella, joka on täysin muokattavissa.

Tietokonepohjainen toteutus tarjoaa joitain muitakin etuja pienoismalliin verrattuna. Ensinnäkin, koska virtuaalimalli on perimmiltään matemaattinen, on se täysin dynaaminen. Käytännössä dynaamisuus tarkoittaa pienoismallia huomattavasti helpompaa muunneltavuutta. Virtuaalimallissa jokaisen objektin paikkaa, materiaalia, kokoa ja muotoa voidaan muutella parilla hiirenklikkauksella. Pienoismallissa jokainen muutos edellyttää yleensä jonkin aiemman tehdyn tuhoamista. Toiseksi, virtuaalimalli voi sisältää tietoa itsestään ja se onkin ehkä tärkeimpiä sähköisen mallin ominaisuus.

Tieto voi olla virtuaalimallissa tarinankertojien (narrators) muodossa. Nimitän tarinankertojaksi sellaista paikkaa virtuaalisessa maailmassa, joka kertoo kävijälle jonkin tarinan. Yksinkertaisimmillaan tarina on samankaltainen kuin museoissa näyttelyesineiden luona olevat info-taulut. Niissä kerrotaan mikä esine on, milloin se on tehty ja mahdollisesti jotain muuta tietoa. Tarinankertoja voi olla myös monimutkaisempi. Se voi kaapata kävijän mukaansa ja kiidättää hänet katsomaan jotain toista kohdetta virtuaalisessa maailmassa (tai tuoda tuon toisen kohtaan kävijän luokse) samalla kertoen mikä näitä kohteita yhdistää. Se voi näyttää käyttäjälle valokuvia tai videota kohteesta tai napata kävijän kiertoajelulle kohteen eri yksityiskohtiin. Tarinankertojien avulla tieto liitetään tilaan ja järjestetään spatiaalisesti. Näin tieto voidaan liittää niihin kohteisiin, joita tieto koskee.

Museot olisivat mielestäni oivallisia virtuaalitodellisuussovellusten käyttäjiä. Ongelmana on virtuaalitodellisuuslaitteistojen korkea hinta ja se, että niitä ei yleensä ole suunniteltu yleisökäyttöön.

Virtuaalitila voidaan kuitenkin saada aikaan edullisemminkin. Kutsun tällaista järjestelmää CVR:ksi (Cheap Virtual Reality). CVR ei ole mikään yksittäinen ohjelma tai sovellus. Käytän termiä CVR erottamaan edulliset, yleisökäyttöön suunnitellut virtuaalitodellisuussovellukset varsinaisista, esimerkiksi yliopistojen tutkimuskäytössä olevista virtuaalitiloista.

CVR voidaan toteuttaa tehokkaan PC:n, 3D-näytönohjaimen, videotykin ja ohjainlaitteiston avulla. Halvimmillaan tällaisen laitteiston kustannukset ovat alle 10 000 euroa. Lisäksi järjestelmä ei vaadi mitään vain tähän käyttöön sopivaa laitteistoa. Jos sovellusta ei jatkossa haluta käyttää, on sen kaikki osat (pc, dataprojektori) otettavissa muuhun käyttöön.

Virtuaalitodellisuus on ainoa tapa saada näytille täysikokoinen Kheopsin pyramidi tai vaikkapa paperikone. Museolle tai vastaavalle taholle virtuaalitodellisuuslaitteisto on ikään kuin lisärakennus, jossa tila ei lopu kesken. Mikään ei tietysti korvaa oikeasti läsnä olevia esineitä, mutta samalla voisi huomauttaa, että lasivitriinissä oleva näyttelyesine on itse asiassa yhtä virtuaalinen kävijän näkökulmasta kuin sen sähköinen vastinekin.

Tulevaisuudessa Internet on varmasti myös virtuaalimallien jakelukanava. Vielä vauhtiin ei ole päästy. Vaikka erinäisiä kokeiluja on tehty, eivät ne ole saaneet juuri muuta kuin median huomion, kävijät ovat puuttuneet. Toistaiseksi esteenä on ollut kotitietokoneiden heikko 3D-suorituskyky ja se, että 3-ulotteisessa maailmassa navigoimiseen ei ole ollut tarjolla kovin hyvää käyttöliittymää.

Kolmiulotteisessa tilassa navigoiminen kaksiulotteiseen työskentelyyn tarkoitettujen näppäimistön ja hiiren avulla ei ole kovin luontevaa, ilman että käyttäjän liikkuminen rajoitetaan kahteen tasoon (eli "maanpinnalle"). Kahteen tasoon rajoittaminen taas vie pois yhden tietokonemallin hyödyn eli vapaan liikkumisen. Tosin tietokonepeleissä on onnistuttu luomaan hiiren ja näppäimistön yhdistelmällä hyvinkin toimivia navigointitapoja, mutta tämän kaltaisen navigoinnin osaaminen on (ainakin vielä) pelejä pelaavan kansanosan yksinoikeus.

Internet tuo virtuaalimalleihin uusia ulottuvuuksia. Yksi mielenkiintoinen idea olisi Internetin kautta toteutettava merkittävien rakennuskohteiden maailmankylä. Systeemi voisi toimia vaikka niin, että kaikki maailmankylään mukaan haluavat tahot (valtiot, museot, yliopistot yms.) tekevät ainakin yhden oman maansa rakennuskohteen virtuaalimalliksi ja näin maailmankylän rakennuskanta kasvaisi jokaisen mukaan tulijan myötä. Malleja voisi sitten katsella esimerkiksi museoissa tai kotikoneilla.

Toteutin osana opintojani yhdessä Jyväskylän yliopiston taidehistorian professori Heikki Hangan kanssa virtuaalirekonstruktion Petäjäveden vanhasta kirkosta. Tarkoituksena oli rekonstruoida kirkon alkuperäinen asu 3D-mallinnuksen avulla ja testata samalla tietokonemallin mahdollisuuksia tämäntyyppisessä työssä.

Petäjäveden vanha kirkko on rakennettu 1764. Kirkkoon tehtiin muutoksia mm. vuonna 1821, jolloin mm. kuoriaita purettiin ja ikkunoita suurennettiin. Nykyään kirkko kuuluu Unescon Maailmanperintö kohteisiin.

Seuraavassa hyvin lyhyesti kirkon rakennusvaiheet (klikkaamalla kuvia saat suuremmat versiot)

	Aluksi hankittiin Museovirastosta kirkon mittapiirustukset. Piirustusten ja kirkosta otettujen valokuvien avulla aloin rakentaa kirkkoa virtuaaliseen muotoon. Petäjäveden vanha kirkko, pohjakaavapiirustus ilman kellotornia. (klikkaa kuva isommaksi)
	Pystytin ensin seinät ja puhkoin niihin ikkuna- ja oviaukot. Petäjäveden vanha kirkko, seinät ja holvistoa kannatteleva hirsikehikko. (klikkaa kuva isommaksi)
	Petäjäveden vanha kirkko, valmis malli ilman kattorakenteita. (klikkaa kuva isommaksi)
	Seuraavaksi mallinsin penkit, saarnatuolin, lehterit jne. Mallintamisen ohella toinen suuri työ oli tekstuurien tekeminen kirkosta otettujen valokuvien pohjalta. Kuva osoittaa, kuinka paljon ikkunoiden koko on tulkintamme mukaan muuttunut. Asian havainnollistamiseksi yksi seinä on päällystetty kirkosta tehdyllä mittapiirustuksella, jossa näkyy ikkunan nykyinen koko. Virtuaalimallin avulla tällaisten asioiden esittäminen on hyvin helppoa. Petäjäveden vanha kirkko, sisäkuva valmiista mallista. (klikkaa kuva isommaksi)

Käytännössä kaikki ei käynyt aivan näin kivuttomasti ja matkan varrella tuli yllätyksiä. Suurin ongelma oli sopivan mallinnustarkkuuden löytäminen. Alussa mallinsin turhankin tarkasti ja työstä oli tulla ikuisuusprojekti. Vähitellen opin keskittymään oleellisiin yksityiskohtiin ja jätin suosiolla vähemmän tärkeät kohteet syrjään.

Tulkinta siitä, miltä kirkko on aiemmin näyttänyt syntyi pääasiassa mallinnusvaiheen aikana. Erilaiset mallilla tehdyt kokeilut sulkivat toisia vaihtoehtoja pois ja vahvistivat toisia. Yritimme mm. sovittaa nykyistä lukkarintuolia kuorilehteriksi kirkkoon, mutta kokeilut osoittivat, että se ei olisi haluttuun paikkaan sopinut ilman lisämuutoksia rakenteissa.

Mallintamiseen perustuva työmenetelmä toimi mielestäni erittäin hyvin. Malli toimi rakennustyömaana, jolla oli lupa kokeilla erilaisia variaatioita ilman pelkoa siitä, että syntyy korvaamatonta vahinkoa tai että kustannukset karkaavat käsistä.

Jurassic Parkin ja BBC:n "dokumentin" saama huomio ja suoranainen dinosaurus-buumi osoittavat, että tämän kaltainen historian esittäminen saa suuren yleisön mielenkiinnon heräämään. Loppujen lopuksihan kysymys on siitä, pitääkö tiedettä popularisoida ja jos pitää, niin kuinka se tulee tehdä. Oma kantani on, että tieteen tulokset kuuluvat kaikille. Rakennushistoria esimerkiksi on ala joka ihmisiä kiinnostaa ja nykyaikaisten visualisointivälineiden avulla tutkimustuloksia voidaan tehdä havainnollisiksi.

Historiallisessa visualisoinnissa ei ole kyse pelkästään siitä, että visualisoidaan joitain historian ajanhetkiä tai tapahtumia vaan siitä, että visualisointi voi toimia tutkimusprosessissa välineenä ja ikään kuin sivutuotteena syntyy myös ilmiön presentaatio. Näin menetelmä palvelee sekä tiedettä itseään että tieteen tulosten esittämistä helppo tajuisessa muodossa. Petäjäveden kirkon rekonstruktion tapauksessa mallin avulla tuotetut still-kuvat ovat olleet helppo tapa esittää rekonstruktion tulokset. Tarvitsee vain esittää valokuva kirkosta nykyasussa ja still-kuva rekonstruktiosta. Erot ovat kenen tahansa huomattavissa, koska katsojalla ei tarvitse olla harjaannusta kaavioiden tai piirustusten lukemiseen, pelkkä vertaileva katse riittää.

Tulevaisuudessa 3D-teknologia tulee olemaan osa esimerkiksi rakennusdokumentointia. Myös museoissa tietokonemalleja tullaan käyttämään yhä enemmän. Johtaako virtuaalimallien käyttö siihen, että alkuperäiset, oikeat kohteet eivät enää kiinnosta ketään? En usko näin käyvän. Digitaalinen Michelangelo -projektin työntekijät antoivat turistien käyttää sovellusta, jossa pystyi tarkastelemaan digitoitua Michelangelon patsasta. Laitteisto oli aivan alkuperäisen patsaan vieressä. Seuraus oli, että ihmiset olivat hyvin kiinnostuneita vertailusta alkuperäisen ja tietokonemallin välillä. Tietokonemalli antoi vain yhden näkökulman lisää ja lisäsi näin alkuperäisen kiinnostavuutta. Virtuaalinen esitys ei siis syö alkuperäisen kohteen mielenkiintoa vaan tekee sen entistä mielenkiintoisemmaksi.