Virtuaalimaailman IoT-, data- ja pelimoottoriosaaja

Main contents of the course:
- Programming structures more characteristic for Python
- 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 missing data and duplicates
- Visualizing data with Matplotlib

You will gain a brief 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. 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.

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.

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

Esineiden Internet -toteutusten arkkitehtuurin eri vaihtoehtoja käsitellään esimerkkien avulla. Esimerkkijärjestelmän anturilaitteet simuloidaan ohjelmallisesti mutta niin sanotun Edge-tason ja IoT-alustatason toimintoja konfiguroidaan ja ohjelmoidaan samoilla kehitystyökaluilla, joita on käytössä alan merkittävillä toimijoilla. Aikaisempi ohjelmointiosaaminen ei kuitenkaan ole välttämätöntä.

Opinnon suorittaneella opiskelijalla syntyy käsitys, miten Esineiden Internet -järjestelmät voidaan toteuttaa käyttäen laitteita, ohjelmistoja, tietoliikenneyhteyksiä, tietoliikenneprotokollia, palvelinsovelluksia ja pilvipalveluita. Erityistä huomiota kiinnitetään toteutuksen skaalautumiseen kymmenien laitteiden ja käyttäjien järjestelmistä tuhansien laitteiden ja käyttäjien järjestelmiksi.

- 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
- UV:n tekeminen ja käyttö
- Quixel Megascans -palvelun käyttäminen ja integrointi Unrealin kanssa
- Partikkeliefektien tekeminen
- 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

Pelit ja pelillisyys -opintojaksolla opit, kuinka Unreal Engine -pelimoottoria hyödynnetään arkkitehtuurissa. Tutustut pelimoottoreihin ja pelien tekemiseen yleisellä tasolla. Opintojakson jälkeen sinulla käsitys, mitä ovat pelimoottorit ja miksi niitä käytetään.

Unreal Engine -osuus alkaa pelimoottorin asentamisesta, ja tässä vaiheessa opit hyödyntämään Epic Games Launcherin tarjoamia etuja, kuten ilmaisten mallien ja animaatioiden hakua. Opit hyödyntämään Unreal Enginen tärkeimpiä valikkoja ja asetuksia sekä piiloasetuksia, jotka voivat helposti jäädä huomaamatta.

Opit pelien tekemisen perusteet: kenttäsuunnittelun, äänten miksauksen, kamera-ajojen nauhoittamisen sekä valaistuksen luonnin. Tutustut pintapuolisesti myös Blueprint-skriptauskieleen, jolla voit luoda lähes mitä tahansa logiikkaa pelimaailman sisään.

Tutustut peliassettien tekemiseen ja osaat luoda omia fotorealistisia materiaaleja, joita voit hyödyntää projekteissa. Opit luomaan VFX-efektejä hyödyntämällä Unreal Enginen tarjoamaa partikkelieditoria ja Post Prosessia.

- 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.
- Tehdään useita pieniä harjoitustöitä, joissa eri koodaustapoja hyödynnetään.

Peliohjelmoinnin perusteet -opintojaksolla tutustut syvemmin Unreal Enginen ohjelmointipuoleen sekä ohjelmointiin yleisesti. Opit ohjelmoimaan Blueprintillä, Unreal Enginen visuaalisella skriptauskielellä.

Opit:

- mitä ovat muuttujat ja eri muuttujatyypit, ja kuinka näitä käytetään
- mitä tarkoittaa olio-ohjelmointi, mikä on olio ja miten olioita tehdään ja käytetään
- yleisimmät ja tärkeimmät Unreal Enginen tarjoamat oletusmuuttujat ja funktiot sekä miten niitä käytetään
- mitä ovat rajapinnat (interfaces) ja miten niitä käytetään
- kuinka koodia voidaan tarkastella ja korjata eli debugata
- kuinka kolmansien osapuolten koodia voi tuoda Unrealin Engineen pluginien avulla
- kuinka käyttäjärajapintaa (UI) suunnitellaan ja tehdään Unrealin Enginessä
- kuinka hahmoja voidaan animoida ja hyödyntää omissa sovelluksissa.

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. Kehitetty koodi testataan mikro-ohjainlaitteistolla.

Opitaan mikro-ohjainten toimintaperiaatteita, liitäntätekniikoita ja ohjelmointitekniikoita. Tavoitteena on tietotaso, joka mahdollistaa mikro-ohjainratkaisujen arvioinnin älykkään tuotteen tuotekehityksen eri vaiheissa. Opintojakso antaa myös hyvän lähtökohdan jatko-opintoihin tai vaikka uralle digitaalisen elektroniikan ja mikro-ohjainratkaisujen suunnittelussa.

- 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.

Verkkopeliohjelmoinnista IOT:hen -opintojaksolla tutustut Node.JS-ohjelmointikieleen. Teet oman taustajärjestelmän, hyödynnät MQTT-palveluja ja yhdistät nämä Unreal Enginellä tehtyyn sovellukseen.

Opit Unreal Enginen verkkopeliohjelmoinnin perusteet ja siihen liittyvät säännöt. Tutustut myös Pixel Streaming -teknologiaan, joka mahdollistaa Unreal-sovellusten käyttämisen webselaimella sekä mobiili- ja tabletlaitteilla.

Opintojakson suoritettuasi:

- osaat käyttää Node.JS ohjelmointikieltä
- osaat käyttää XAMPP-serverisovellusta
- osaat käyttää MQTT-palveluja Nodella
- hallitset Unreal Engine -verkkopeliohjelmoinnin perusteet
- osaat hyödyntää Pixel Streming -teknologiaa