Virtual Keeper
Virtual goalkeeper
The English version not yet completed... but take a look anyway!
Virtual goalkeeper in Heureka.
Virtual Keeper is a goalkeeper simulator that is based on machine-vision. It estimates the trajectory of a ball thrown by a player and animates a picture of a goal and goalkeeper with a video projector. Goalkeeper tries to catch the ball. After that the simulator represents the speed of the ball and statistics of the velocities.
Virtual Keeper has been made for an exhibition in science center Heureka, in Vantaa, Finland. There is an exhibition on theme "Easy Life" between March 20th 2004 and March 3rd 2005, where Virtual Keeper is one of about 40 objects. The aim of the exhibition is to contribute to making technology more interesting, especially among young boys and girls who are making their plans for the future. Therefore all equipment should be simple to use and clearly demonstrate some principal mechanisms of an automation application.
Machine vision in Virtual Keeper has been accomplished with a single CCD-camera shooting downward. The diameter of the ball is known a-priori, which makes it possible to estimate the vertical position of ball. The most important design objectives in Virtual Keeper are reliability, safety and entertain ability. Various users have been taken into account when designing Virtual Keeper because different people are interested in different things. Some may want to compete with the machine, some are interested in velocity and some perhaps in the principal of the machine.
Principal as a Power Point presentation
Virtuaalisen maalivahdin konenäkö on toteutettu yhdellä ylhäältä päin kuvaavalla CCD-kameralla. Pallon rata ja nopeus selvitetään yhden kuvan perusteella. Kun kameran valotusaika on sopivan pitkä, näkyy pyöreä pallo kuvassa pitkulaisena hahmona. Mitä pitempi pallon hahmo on, sitä suurempi on pallon nopeus. Hahmosta saadaan selville myös pallon kulkusuunta. Pallon halkaisija on ennalta tiedossa, ja sitä käytetäänkin hyväksi korkeustiedon määrityksessä. Mitä leveämmältä pallo näyttää kuvassa, sitä korkeammalla se on. Kalibroinnin avulla pallon liiketila maailman koordinaatistossa voidaan laskea, ja ekstrapoloimalla voidaan estimoida pallon ja maalin leikkauskohta, johon virtuaalinen maalivahti ohjataan torjuntaa varten.
Image of the ball and trajectory calculation.
Animaatiot on tehty piirroshahmoilla, joiden liikkeet on luotu Flash-ohjelmalla. Liikesarjat on talletettu yksittäisinä kuvina ja jaoteltu kolmeen torjuntalohkoon: vasemmalle, keskelle ja oikealle. Leikkauspisteen mukaisesti valitaan torjunta sopivasta lohkosta. Maalivahteja voi halutessa tehdä uusia ja lisätä virtuaaliseen maalivahtiin. Ne voivat olla myös videokuvasta tehtyjä.
Examples of goalkeepers. Saves are made of 34 concecutive images.
Examples of saves.
Kameroita ja automaattista konenäköä voidaan käyttää tilojen vartioinnissa, teollisuusprosessien valvonnassa ja ohjauksessa, tuotteiden laadun tarkastuksessa ja vaikka robottien näköaistina. Konenäkösovelluksia käytetään myös esimerkiksi viihdeteollisuudessa.
Käyttökohde maalivahtisimulaattorin jatkojalosteille voisi löytyä urheilu- ja harrastetoiminnasta. Virtuaalinen maalivahti voitaisiin muuntaa sopivaksi mihin tahansa palloilulajiin, jossa on maalivahti. Näin ollen sitä voisi käyttää harjoittelussa ja harrastepalloilussa maalivahdin korvikkeena. Sen avulla voisi jopa mallintaa tulevan vastustajan maalivahdin ominaisuuksia, jolloin urheilujoukkue voisi harjoitella vastustajan maalivahtia vastaan pelaamista jo ennen ottelua ja saada näin etua vastustajaansa nähden.
Heureka's Automation Exhibition And Virtual Keeper
Virtual Keeper on keksitty ja kehitetty Vaasan yliopistossa, tuotantoautomaation osastolla. Professori Jarmo Alander ja tutkijalehtori Janne Koljonen keksivät sen Heurekan "Helppoa elämää - automaatio palveluksessanne"-näyttelyn yhdeksi kohteeksi edustamaan Vaasan yliopistoa. Näyttely on esillä 20.3.2004-6.3.2005. Virtual Keeper on yksi näyttelyn kohteista nimellä Virtuaalinen maalivahti. Jokainen voikin käydä kokeilemassa pelaamista Virtuaalista maalivahtia vastaan.
Virtual goalkeeper in Heurekassa, still fine-tune needed.
Janne Koljonen and Jarmo Alander from University of Vaasa satisfied for the result.
Exhibition opening.
Children are the potential users of Virtual goalkeeper as well as the whole science center.
Demo Version
Ennen kuin Virtual Keeper oli valmis Heurekaan vietäväksi, vaadittiin noin puolen vuoden työ sen kehittämiseksi. Päävastuun virtuaalisen maalivahdin rakentamisesta ja ohjelmoinnista kantoi tutkijalehtori Janne Koljonen, joka teki samalla aiheesta diplomityönsä. Lisää Virtual Keeperistä voikin lukea Janne Koljosen diplomityöstä.
Janne testing Virtual Keeper.
Virtual Keeper on ohjelmoitu pääosin Java(TM)-ohjelmointikielellä. Kuvan siirtämiseen kamerasta tietokoneen muistiin käytetään Matroxin kuvankaappauskorttia ja MIL Lite -ohjelmaa. Kuvankäsittely on toteutettu C-ohjelmointikielellä MIL Lite -ohjelman kirjastojen avulla. C-kielinen ohjelman osa toimii Java-osalle alistettuna. Niiden välinen kommunikointi on toteutettu Javan natiivien metodien avulla.
Virtuaalisesta maalivahdista tehtiin kehitysvaiheessa lukuisia versioita, joita testaamalla ja arvioimalla uusiin versioihin tehtiin aina lukuinen joukko parannuksia. Kerran myös Heurekan vastuuhenkilöt kävivät paikan päällä arvioimassa toteutuksen laatua. Muutenkin Heurekaa on jatkuvasti pidetty ajan tasalla muutoksista.
Demoversioita testattiin Vaasan yliopiston tiloissa. Rakennelmat olivat pääosin TEE-SE-ITSE -tyyppisiä; ilmastointiteippi oli oiva kiinnityskeino, mutta oli sillä huonojakin ominaisuuksia...
Kameran ja valojen kiinnitys. Lisäksi kiinteät loisteputkivalaisimet olivat käytössä.
Laboratorioinsinööri (Juhani Lappalainen) työssä. Rakennelmat piti lopuksi myös purkaa, ja teippi piti silloin vähän liiankin hyvin, eikä työasentokaan ollut kovin hyvä.
Myös Jarmo Alanderin hahmo oli aktiivisesti kehittelyssä mukana.
Kun kaikki toimii hyvin, on mukava heitellä palloa. Myös osa laitoksen henkilökunnasta kävi heittämässä palloa, ja osa olisi jäänyt vaikka koko päiväksi.
Vähitellen Virtuaalisen maalivahdin tarkkuus, nopeus ja ulkoasu kehittyivät Heurekan vaatimusten tasolle. Näyttelyiden avajaispäivä lähestyi uhkaavasti. Noin kuukautta ennen avajaisia laitteet siirrettiin Heurekaan, jossa oltiin jo rakentamassa varsinaista pelikenttää Virtuaaliselle maalivahdille.
Aluksi Virtuaalista maalivahtia jouduttiin tosin testaamaan tilapäisratkaisuin, koska heittorata ei ollut vielä valmis.
Asiantuntija-arvioijana käytettiin myös Heurekan todellista kohdeyleisöä.
Modified 27.2.2004