Virtuaalimaailman IoT-, data- ja pelimoottoriosaaja

Ajankohta:

syyskuu 2023 – lokakuu 2023

Tavoitteet

Antureiden toimintaperiaatteita ja tekniikoita tarkastellaan sillä tarkkuudella, että opiskelija saa perusteet arvioida havaitsemisen, mittaamisen, tunnistamisen, luokittelun, jne. toteutusmahdollisuuksia eri käyttötilanteissa.

Sisältö:

Luodaan katsaus hyvinkin erilaisissa ympäristöissä ja käyttötarkoituksissa käytettäviin anturitekniikoihin ja anturituotteisiin. Suorituskyvyn kannalta tarkastellaan lähemmin muutamia käyttötarkoituksen tai tekniikan perusteella ajankohtaisia anturityyppejä. Antureiden liittämistä digitaalisiin järjestelmiin ja anturitiedon käsittelyä digitaalisissa järjestelmissä käsitellään esimerkkien avulla. Esimerkeissä tulkitaan ja muokataan eri ohjelmointikielillä kirjoitettuja toimintoja. Aikaisempi ohjelmointiosaaminen ei kuitenkaan ole välttämätöntä. Helppokäyttöisen sovelluksen avulla valmistellaan anturitiedon siirto IoT-järjestelmään ja pelikehitysympäristöön.

Tehtävät:

Lukuisia pieniä oppimistehtäviä, joissa edistymisen opiskelija todentaa vastaamalla automaattisesti arvioitaviin kysymyssarjoihin.

Ajankohta:

syyskuu 2023 – joulukuu 2023

Tavoite

Opintojakson tavoite on olla yleinen lähtökohta peliohjelmointiin sekä 3D-visualisointiin pelimoottoreita hyödyntäen. Opintojen aikana on mahdollista kehittää osaamistaan niin peliohjelmoinnin kuin arkkitehtuurisen visualisoinnin suuntaan. Hyödynnämme opintojaksolla Quixel Megascans-palvelua, josta saamme suurimman osan opintojaksolla käytettävistä 3D-malleista sekä materiaaleista. Quixel Megascans on Unreal Enginen luojan, Epicin omistama yritys, jonka päätarkoitus on kuvata luonnossa esiintyviä esineitä, asioita sekä pintoja. Kaikki kuvatut pinnat ja esineet ovat käytettävissä Unreal Enginessä. Palvelu on integroitu pelimoottoriin ja on täysin ilmainen.

Opintojaksolla sivutaan hienovaraisesti ohjelmointieditoreita ja tehdään pienimuotoisia koodin muutoksia. Varsinainen koodausosio alkaa peliohjelmointi osuudessa.

Toimintaympäristö:

Opintojakson aikana tutustumme useaan Unreal Engine 5:n tarjoamaan työkaluun ja hyödynnämme niitä etenkin kenttäsuunnittelussa sekä arkkitehtuurisessa visualisoinnissa. Geometrian luominen, materiaalien tekeminen sekä valaistuksen säätäminen ovat isossa roolissa opintojakson kokonaisuutta. Nämä asiat ovat lähtökohta kaikkeen Unrealilla tehtävään toimintaan, oli se sitten peliohjelmointia tai visuaalista 3D:n luomista.

Sisältö

• Unreal Enginessä liikkuminen sekä editorin valikot
• Editorityökalujen käyttäminen, kuten maiseman skulptaus sekä kasvustonlisäystyökalut
• Arkkitehtuurisen visualisoinnin lisäosien aktivointi ja käyttäminen
• 3D-mallien tuominen projektiin eri menetelmillä
• 3D-mallien muokkaus ja manipulointi
• Valaistuksen rakentaminen kohteeseen
• Materiaalien tekeminen ja asettaminen kohteeseen
• Quixel Megascans -palvelun käyttäminen ja integrointi Unrealin kanssa
• Unreal Enginen optimointityökalujen hyödyntäminen
• Jälkikäsittelyefektien hyödyntäminen
• Ääniefektien tekeminen (äänieditori, äänen satunnaisuus, taustaäänet, musiikki, binaural)
• Tutustuminen Blueprint-skriptauslogiikkaan (liikkuva hahmo)
• Kamera-ajojen tekeminen kohteen esittelyä varten
• Ohjelman pakkaaminen asiakkaalle annettavaksi versioksi

Tehtävät

Lopputehtävänä on asunnon sisustus, valaisu ja teksturointi.

Ajankohta:

lokakuu 2023 – marraskuu 2023

Tavoitteet

Opintojakson suoritettuasi hallitset kokonaiskuvan, miten Esineiden Internet -järjestelmät voidaan toteuttaa käyttäen laitteita, ohjelmistoja, tietoliikenneyhteyksiä, tietoliikenneprotokollia, palvelinsovelluksia ja pilvipalveluita. Ymmärrät teknisiä ratkaisuja, joilla mahdollistetaan järjestelmien skaalautuminen kymmenien laitteiden ja käyttäjien järjestelmistä tuhansien laitteiden ja käyttäjien järjestelmiksi. Osaat muokata IoT järjestelmän eri osioiden toimintoja ja suunnitella uusia toimintoja.

Sisältö:

Tutustut Esineiden Internetin tavoitteisiin yritysten kehitysprojekteja analysoimalla. Arkkitehtuuria tarkastellaan sekä loogisten toimintojen että järjestelmän rakenteen kannalta. Asennat ja käytät soveltuvia kehitystyökaluja ja ohjelmistoalustoja (Node.js, NodeRED, jne.). Toteutat järjestelmän osia Esineiden Internetille tyypillisillä tekniikoilla (MQTT, JSON, jne.). Katsotaan, miten näitä tyypillisiä tekniikoita käytetään kaupallisissa tärkeimmissä IoT-alustoissa (Amazon AWS IoT, Microsoft Azure IoT, jne…)

Tehtävät:

IoT:n tavoitteita ja hyötyjä analysoidaan alan johtavien toimijoiden sovellusesimerkkeihin tutustumalla.

Tiedonsiirtoon ja järjestelmälohkojen toimintoihin perehdytään erilaisten oppimistehtävien kautta.

Rakennat oman itse hallitsemasi pienen IoT-järjestelmän ( mqtt broker, NodeJS, NodeRED ).

Testaat laitteen kirjautumista ja laitehallinnan toimintoja kaupallisessa IoT-järjestelmässä.

Ajankohta:

marraskuu 2023 – tammikuu 2023

Tavoitteet

You will gain a basic understanding of the field of data science and it’s main concepts. After this course, you will know how to collect, process and visualize different types of data using Python and it’s libraries, such as NumPy, Pandas and Matplotlib. Also the aim is to be able to analyze given survey dataset. The main focus of this course is in practical assignments that are designed to develop your skills especially within the data processing steps of an analytics project. We assume that the students are familiar with have basics of Python. Structures that are more characteristic for Python are discussed.

Sisältö:

• Programming structures more characteristic for Python

• Fundamental concepts of data science

• Principles of visual analytics

• Reading and writing data

• Data structures and their basic properties

• Fundamental exploratory analysis of data

• Selecting, indexing, grouping and transforming data

• Working with time series data

• Working with missing data and duplicates

• Visualizing data with Matplotlib

Tehtävät

Studying is done independently based on the materials provided in Moodle and based on other provided materials. The structure of the study has been prepared in Moodle so that studies there progress from top to bottom. There is the practice work that is required to be done to pass the course. The practice work is about analyzing the given survey dataset. This practice work is split into peaces such that its individual peaces are done as assignments during the course. Then the whole practice work is finalized by collecting those assignments together and making the final powerpoint and submission video presentation. The project work need to be returned within the given schedule and based on set requirements for the course project work. Project work and it’s guidelines is announced in Moodle at the beginning of the course.

Ajankohta:

joulukuu 2023 – helmikuu 2024

Tavoitteet

Peliohjelmoinnin perusteet opintojakson tavoitteena on antaa opiskelijoille perustiedot peliohjelmoinnista ja sen eri osa-alueista, erityisesti käyttäjärajapintojen luomisesta sekä pelinsisäisten animaatioiden ja videoiden tekemisestä.

Peliohjelmointi Unreal Enginellä Opitaan harjoitusten kautta, mitä olio-ohjelmointi on sekä miksi se on välttämätöntä lähes kaikenlaisessa ohjelmoinnissa.

Käyttäjärajapinnat Opitaan rakentamaan käyttäjärajapintoja, joilla voi luoda erilaisia valikoita sekä näyttää tietoa pelimaailman esineistä sekä tilasta.

Pelinsisäiset animaatiot Opitaan luomaan pelinsisäisiä animaatioita Unreal Enginen työkaluilla ja animaatioratkaisuilla. Opitaan myös animaatioiden hallintaa ja säätämistä pelinsisäisissä ympäristöissä.

Pelinsisäiset videot Opitaan luomaan pelinsisäisiä videoita ja integroimaan ne peliin. Leikataan videoita ja muokataan niitä pelinsisäisissä ympäristöissä.

Opintojakson käytyään opiskelijalla on perustiedot peliohjelmoinnista sekä käytännön kokemusta pelien luomisesta Unreal Enginellä. Opintojakso kartuttaa taitoja pelimaailman suunnitteluun ja sen toimintojen koodaamiseen. Animaatioeditorin hallinta ja pelinsisäisien videoihin tekeminen antavat hyvän lähtökohdan kehittyä artistiseen suuntaukseen pelialalla.

Toimintaympäristö

Ohjelmointiympäristönä käytetään Unreal Engine -pelimoottoria ja ohjelmointikielenä Unreal Enginen sisäistä visuaalista skriptauskieltä Blueprintia. Blueprint pohjautuu C++ -ohjelmointikieleen ja antaa hyvät lähtökohdat mihin tahansa olio-ohjelmointiin myös Unreal Engine -pelimoottorin ulkopuolella.

Sisältö:

• Kerrataan, mitä ovat muuttujat ja funktiot ja kuinka niitä luodaan.

• Tutkitaan, miten Blueprint-koodi eroaa perinteisestä koodista.

• Tehdään katsaus viittauksiin ja niiden tärkeyteen C++-pohjautuvissa kielissä (esim. Blueprintissä).

• Tutustutaan, kuinka kolmansien osapuolten luomia ns. plugineja voi hyödyntää Blueprint-skriptissä ja kuinka plugineja on mahdollista luoda itse.

• Hyödynnetään edistyneitä ohjelmointimetodeja kuten rajapintoja (interfaces) ohjelmiston tekemisessä.

• Tutustutaan Unreal Enginen tarjoamiin debug-työkaluihin, joilla koodia voi tarkastella ja löytää ongelmakohtia.

• Suunnitellaan ja luodaan käyttäjärajapinta (UI), jonka avulla sovelluksella on asianmukaiset valikot.

• Käydään läpi animointiin liittyviä valikoita ja hyödynnetään Unreal Enginen animointityökaluja hahmon animoinnissa ja animaatioiden yhdistämisessä.

• Tutustutaan Unrealin uuteen Control Rig -työkaluun, jolla hahmon voi ns. rigata suoraan Unreal Enginessä.

Tehtävät:

Tehdään useita pieniä harjoitustöitä, joissa eri koodaustapoja hyödynnetään. Lisäksi lopputehtävä.

Ajankohta:

helmikuu 2024 – huhtikuu 2024

Sisältö:

Luomme katsauksen mikro-ohjaintuotteisiin ja toimintaperiaatteisiin. Anturien tulopiirejä ja ohjausten lähtöpiirejä tutkitaan yksityiskohtaisesti. Toteutus sisältää lyhyen koulutuksen olio-ohjelmoinnista ja C++:n perusteista niille, joilla ei ole näistä kokemusta. Mikro-ohjainten ohjelmointi tehdään käyttämällä luokkia ja menetelmiä, joita tarjoaa erityisesti mikro-ohjainsovelluksia varten kehitetty käyttöjärjestelmä, ARM Mbed OS. Harjoittelemme myös tietoliikenteen muodostamista Ethernetin ja WLAN:n (WiFi) välityksellä. Tieto siirtyy edelleen IoT- ja pelimoottoriympäristöihin mqtt-protokollan mukaisena siirtona. Kehitetty koodi testataan mikro-ohjainlaitteistolla. Harjoituksia ja harjoitustyötä varten opiskelija saa opintojakson ajaksi mikro-ohjainlaitteen.

Tehtävät:

Ohjelmointiharjoituksia virtuaaliympäristössä

Video- ja etätyötekniikalla opastettuja harjoituksia mikro-ohjainlaitteiston kanssa

Pienimuotoinen harjoitustyö, jossa opiskelijan valinnan mukaan laitteisto kommunikoi joko IoT-kehitysympäristön tai pelimoottorikehitysympäristön kanssa.

Ajankohta:

maaliskuu 2024 – toukokuu 2024

Tavoitteet

Opintojaksolla opitaan ymmärtämään pelisovelluksien ja IoT:n yhdistämisen mahdollisuuksia. Opintojakso on suunnattu niille, joilla on jo perusosaaminen ohjelmointikielistä ja jotka haluavat syventää tietämystään verkkopeliohjelmoinnista ja IoT:stä.

Opintojakso keskittyy verkkopeliohjelmoinnin ja Internet of Thingsin (IoT) yhdistämiseen. Osallistujat luovat moninpeliympäristöjä Unreal Enginellä sekä yhdistävät Unreal Engine -sovelluksen IoT:iin hyödyntäen Node.js -ohjelmointikieltä.

Sisältö:

Osa-alue 1 Opiskelijat saavat perustiedot moninpelin luomisesta ja sen toiminnoista Unreal Enginen sisällä. Tässä vaiheessa luodaan useita pieniä harjoituksia, jotka keskittyvät moninpelin eri osa-alueisiin. Moninpeliosuuden lopussa tehdään suurempi projekti, jossa tehdään käytännössä, moninpeli alusta loppuun.

Osa-alue 2 perehdytään Node.js -ohjelmointikieleen: mikä se on ja kuinka se toimii. Opitaan, kuinka oma taustajärjestelmä rakennetaan toimintakuntoon ja kuinka järjestelmän voi yhdistää Unreal Engine -sovelluksiin Websocketteja hyödyntämällä.

Kun molemmat osa-alueet on käyty läpi, luomme yhteissovelluksen, jossa osa-alueet rakennetaan saumattomasti yhteen alusta alkaen.

• Käydään läpi verkkopeliohjelmoinnin peruskäytännöt ja rakennetaan pelattava moninpeli kahden tai useamman pelaajan välillä.

• Tutkitaan, kuinka Unreal-sovelluksia käytetään webselaimella tai mobiilipuhelimella hyödyntäen Pixel Streaming -teknologiaa.

• Tutustutaan Node.js-ohjelmointikieleen sekä XAMPP-serveriin.

• Rakennetaan oma taustajärjestelmä Node.js -kielellä.

• Hyödynnetään MQTT-ominaisuutta Nodessa IoT-datan saamisessa.

• Yhdistetään Unreal Engine -sovellus taustajärjestelmään sekä tuodaan ja viedään tietoa näiden välillä.

• Manipuloidaan Unreal Engine -maailmaa IOT:stä saatavalla datalla ja lähetetään Unreal Engine -dataa IOT-laitteisiin.

Tehtävät:

Lopputehtävä