2.5.1 Pengertian Augmented Reality
Augmented reality (AR) ialah teknologi yang memungkinkan orang untuk memvisualisasikan dunia maya menjadi bagian dari dunia nyata yang ada di sekitar secara efektif sehingga membuat dunia nyata seakan-akan terhubung dengan dunia maya dan dapat terjadi suatu interaksi (Jacobs, 2012). Benda-benda maya yang ditampilkan bertujuan untuk menyampaikan informasi tentang sebuah objek yang berada di ruang nyata melalui perangkat yang digunakan bertujuan menambah persepsi tentang objek yang nyata tersebut (Azuma, 1997). AR merupakan teknologi yang memungkinkan komputer menghasilkan citra virtual yang memproyeksikan objek fisik secara real time. Tidak seperti Virtual Reality (VR), dimana pengguna dengan utuh dibawa kedalam sebuah lingkungan virtual, AR memungkinkan user untuk interaktif dengan gambar virtual menggunakan benda nyata dengan cara yang menarik (Zhou, Duh & Billinghurst, 2008).
AR merupakan variasi dari kombinasi Virtual Environtment (VE) dengan Reality Environtment (RE). Hal ini diperkuat dengan adanya gagasan Milgram dan Kishino pada tahun 1994 dengan dirumuskannya sebuah diagram yang merupakan penggabungan dan peleburan dunia nyata dan dunia maya ke dalam sebuah kontinuum virtualitas (Virtuality Continuum). Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Gambar 2.1
Gambar 2.1. Virtuality Continuum (Milgram dan Kishino, 1994)
Pada Gambar 2.1 sisi yang paling kiri adalah lingkungan nyata yang hanya berisi benda nyata, dan sisi paling kanan adalah lingkungan maya yang berisi benda maya. Diagram diatas menjelaskan bahwa AR yang lebih dekat ke sisi kiri, lingkungannya bersifat nyata dan bendanya bersifat maya. Sementara dalam VR atau augmented virtuality yang lebih dekat ke sisi kanan lingkungannya bersifat maya dan bendanya bersifat nyata. Realitas tertambah dan virtualitas tertambah digabungkan menjadi Mixed Reality atau realitas campuran.
Pada umumnya konsep teknologi AR adalah menggabungkan objek maya kedalam dunia nyata secara bersamaan sehingga mampu menambah persepsi seseorang akan kenyataan tersebut. Contoh dari AR sering kita jumpai pada saat kita menonton pertandingan sepakbola di TV kita dapat melihat skor dan waktu pertandingan di layar saat pertandingan berlangsung. Skor dan waktu tersebut bukanlah objek yang nyata, melainkan hanya objek maya hasil rekayasa manusia yang ditampilkan ke dalam TV sehingga kita dapat mengetahui skor dan waktu pertandingan saat itu. Hal itu yang dimaksuddengan tujuan AR, yaitu mampu menambah persepsi tentang objek dunia nyata.
2.5.2 Sejarah Augmented Reality
Sejarah Augmented Reality (AR) dimulai pada tahun 1957-1962 oleh Morton Heilig, seorang cinematographer yang menciptakan dan mempatenkan sebuah simulator yang disebut Sensorama dengan visual, getaran dan bau. Namun pada saat itu, Augmented Reality masih membutuhkan perangkat pendukung berupa alat output yang berukuran besar untuk menampilkan objek tambahan. Pada tahun 1966 Head-mounted display ditemukan oleh Ivan Sutherland yang dia claim sebagai jendela ke dunia virtual.
Selanjutnya pada tahun 1975, ilmuwan bernama Myron Krueger menemukan videoplace yang memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dengan objek virtual untuk pertama kalinya. Lalu pada tahun 1989, Jaron Lanier, memperkenalkan Virtual Reality dan menciptakan bisnis komersial di dunia maya untuk pertama kalinya. Pada tahun 1992, dilakukan pengembangan aplikasi Augmented Reality untuk melakukan perbaikan pada pesawat Boeing, dan ditahun yang sama juga, LB Rosenberg mengembangkan sebuah fungsi pada Augmented Reality. Fungsi ini bernama Virtual Fixtures yang digunakan oleh Amstrong Labs, yaitu sebuah penelitian milik AU
Amerika Serikat. Di tahun 1992 juga, Steven Feiner beserta 2 temannya Blair MacIntyre dan dorée Seligmann, memperkenalkan Major Paper mereka untuk pertama kali mengenai perkembangan Prototype Augmented Reality.
Pada tahun 1999, Hirokazu Kato, atau yang lebih sering dikenal Hiro mengembangkan ARToolKit sebuah aplikasi Augmented Reality yang mampu mengenali sebuah marker. Dia mengembangkan proyek penelitiannya ini di HITLab dan didemonstrastikan di SIGGRAPH. Dan pada tahun 2000, Bruce H. Thomas mengembangkan sebuah mobile game berbasis Augmented Reality yang diberi nama ARQuake yang dia presentasikan di International Symposium on Wearable Computers. Penampakan game ARQuake dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Game ARQuake (Bruce, 2000)
Di tahun 2008, Wikitude AR Travel Guide memperkenalkan aplikasi pemandu wisatanya yang menggunakan input berupa sensor GPS. Lalu pada tahun 2009 FLARToolKit diusung oleh Saqoosha yang merupakan perkembangan dari ArToolkit yang memungkinkan kita memasang teknologi AR di sebuah website, karena output yang dihasilkan FLARTToolkit berbentuk Flash. Ditahun yang sama Wikitude Drive meluncurkan sistem navigasi berteknologi AR pada platform Android. Dan pada tahun 2010 Acrossair menggunakan teknologi AR pada Iphone 3Gs.
2.5.3 Pemanfaatan Augmented Reality
Augmented Reality (AR) bertujuan menambah persepsi dari pengguna akan sebuah objek nyata karena kehadiran objek virtual, hingga menjadikannya tampil nyata yang menyatu dengan dunia nyata hingga pengguna menganggap objek virtual merupakan objek yang berasal dari dunia nyata (Azuma et al, 2001).
Meskipun AR merupakan sebuah bidang yang masih baru, namun cakupannya cukup luas. Pemanfaatannya yang luas menjadikan teknologi ini terus dikembangkan. Pengembangan Teknologi AR di masa depan mungkin dapat menggunakan berbagai macam jenis sensor (suara, visual, getaran dan seamacamnya) sehingga data yang ditampilkan menjadi lebih luas cakupannya (Hughes et al, 2005).
Augmented Reality (AR) memiliki beberapa komponen penting yang mendukung dari proses penerapannya ke pengelolahan citra digital. Menurut R. Silva, J. C. Oliveira, G. A. Giraldi (2003, 2-3), terdapat empat komponen sebagai berikut:
A. Scene Generator
Scene Generator merupakan komponen yang bertanggung jawab atas proses rendering citra markerless yang ditangkap oleh kamera. Objek virtual akan di tangkap kemudian diolah sehingga objek tersebut dapat ditampilkan ke dunia nyata.
B. Tracking System
Tracking System merupakan salah satu komponen penting dalam AR. Pada tracking dilakukan sebuah pendeteksian pola objek virtual dengan objek nyata sehingga adanya sinkron diantara keduanya yang berarti proyeksi virtual dengan proyeksi nyata harus sama atau mendekati, sehingga mempengaruhi validitas hasil yang akan didapatkan.
C. Display
Sistem AR merupakan sistem yang menggabungkan dunia virtual dengan dunia nyata ada beberapa parameter mendasar yang harus diperhatikan yaitu optic dan teknologi video. Keduanya memiliki keterkaitan yang bergantung pada faktor resolusi, fleksibilitas, titik pandang dan tracking area. Dalam pengembangan teknologi AR terdapat batasan-batasan dalam hal menampilkan objek. Diantaranya yaitu harus ada batasan pencahayaan, resolusi layar, dan perbedann pencahayaan citra antara citra virtual dan citra nyata.
D. AR Devices
Terdapat beberapa tipe media yang dapat digunakan untuk menampilka objek berbasis AR yaitu dengan menggunakan optik, sistem retina virtual, video penampil, monitor berbasis AR dan proyektor berbasis AR.
2.5.4 Jenis Augmented Reality
Augmented Reality (AR) membutuhkan suatu penanda untuk dikenali agar dapat menentukan bagaimana dan dimana objek tambahan itu akan ditampilkan. Mengacu pada hal ini, Augmented Reality dibagi kedalam 2 jenis yaitu Marker-based tracking dan Marker-less tracking (Johnson et al, 2010).
A. Marker-based tracking
Augmented Reality Marker-based tracking merupakan AR yang menggunakan kamera dan penanda visual atau yang biasa disebut dengan marker untuk menampilkan konten tambahan. Marker merupakan sebuah tanda visual ysng memiliki bentuk persegi terdiri dari warna hitam dan putih dimana warna hitam merupakan garis pinggir yang tebal lalu warna putih berada di bagian dalam. Keuntungan dari penggunaan warna hitam dan putih ialah untuk dengan mudah memisahan antara marker dengan latar belakangnya. Bagian dalam dari marker merupakan penanda dari marker tersebut. Contoh dari marker dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Contoh marker (Hirokazu,1999)
B. Marker-less tracking
Marker-less tracking merupakan salah satu metode Augmented Reality yang dimana proses tracking tidak lagi menggunakan marker sebagai target deteksi. Dengan adanya metode ini, proses Augmented Reality tidak lagi terbatas pada marker saja melainkan dapat berupa gambar visual, objek 3D, GPS atau bahkan anggota tubuh yang dapat dijadikan sebagai target deteksi.
Perbedaan pada marker-based dengan marker-less ialah pada marker-based proses tracking posisi kamera dan orientasi kamera dihitung dengan marker yang telah ditetapkan. Sedangkan pada marker-less meghitung posisi dan orientasi kamera dan dunia nyata tanpa ada ketentuan tertentu, hanya menggunakan fitur alami seperti garis, sudut ataupun model 3D. Adapun contoh penerapan metode marker-less yang digunakan adalah metode image tracking dimana gambar visual dijadikan sebagai target untuk aplikasi Augmented Reality yang dibangun. Contoh aplikasi Augmented Reality image tracking dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Salah Satu Contoh Aplikasi Augmented Reality Memperlihatkan Tulang Tangan Manusia(Finley,2010)
2.5.5Metode Pelacakan (Tracking) Augmented Reality
Terdapat beberapa jenis metode pelacakan (tracking) pada AR, antara lain sebagai berikut:
1. Elektromagnetic tracking system merupakan sistem pelacakan dengan mengukur medan magnet yang dihasilkan melalui arus listrik yang secara simultan melewati tiga kumparan kabel bersifat elektromagnet yang tersusun secara tegak lurus satu dengan yang lain. Sensor sistem mengkalkulasikan bagaimana medan magnet terbentuk dan pengaruhnya terhadap kumparan lainnya. Pengukuran tersebut menunjukkan posisi atau orientasi dan arah dari emitter. Responsibilitas dari efisiensi sistem pelacakan elektromagnet sangat baik dan tingkat latensinya cukup rendah. Satu kekurangan dari sistem ini adalah apapun yang dapat menghasilkan medan magnet dapat mempengaruhi sinyal yang dikirim ke sensor.
2. Accoustic tracking system sistem pelacakan ini menangkap dan menghasilkan gelombang suara ultrasonic untuk mengidentifikasi orientasi dan posisi dari target. Sistem ini mengkalkulasi waktu yang digunakan suara ultrasonic untuk mencapai sensor. Sensor biasanya selalu menjaga kestabilan dalam lingkungan dimana pengguna menempatkan emitter. Bagaimanapun, kalkulasi dari orientasi dan posisi target yang dilakukan oleh sistem bergantung pada waktu yang digunakan oleh suara untuk mencapai sensor. Sistem ini memiliki kekurangan yaitu efisiensi menjadi tidak efektif dikarenakan perubahan kecepatan suara yang berubah. Perubahan kecepatan bergantung pada kelembaban, temperatur atau tekanan barometer dalam lingkungan. Saat suara yang lewat sangat lambat, tingkat update posisi target juga menjadi lambat.
3. Optical tracking system sistem pelacakan ini menggunakan cahaya untuk menghitung orientasi dan posisi target. Sinyal emitter dalam perangkat optical secara khusus terdiri atas sekumpulan LED inframerah. Sensor kamera dapat menangkap cahaya inframerah yang dipancarkan. LED menyala dalam pulse secara sekuensial. Kamera merekam sinyal pulse dan mengirim informasi kepada unit pemrosesan sistem. Unit tersebut kemudian dapat menghitung kemungkinan data untuk menentukan posisi dan orientasi target. Sistem optical mempunyai tingkat upload data yang cepat, sehingga latensi dapat diminimalisir. Kekurangan sistem ini adalah penglihatan antara kamera dan LED dapat menjadi gelap, bertentangan dengan proses pelacakan. Radiasi inframerah juga dapat membuat sistem kurang efektif.
4. Mechanical tracking system sistem pelacakan ini bergantung pada physical link antara target dan referensi titik tetap. Salah satu contohnya adalah sistem pelacakan
mekanikal dalam lingkungan virtual reality (VR), yaitu BOOM display. BOOM display sebuah head-mounted display (HMD) dipasang di bagian belakang yang terdiri atas 2 poin artikulasi. Deteksi orientasi dan posisi dari sistem dilakukan melalui lengan. Tingkat update cukup tinggi dengan sistem pelacakan mekanikal, tetapi sistem ini memiki kekurangan yaitu membatasi pergerakan dari pengguna (user).
5. Inertial navigation system merupakan navigasi bantuan yang menggunakan komputer, sensor gerak (accelerometer), sensor rotasi (gyroscopes) secara continue dikalkulasi melalui posisi dead reckoning (proses pengukuran posisi sekarang seseorang dengan menggunakan posisi yang telah ditentukan sebelumnya atau memperbaikinya, dan tingkatan posisi berdasarkan kecepatan rata-rata dari waktu-waktu), orientasi, dan kecepatan perpindahan objek tanpa membutuhkan referensi luar. Sistem ini digunakan dalam bidang transportasi seperti, kapal, pesawat, kapal selam, dan pesawat ruang angkasa.
6. GPS Tracking, teknologi AVL (Automated Vehicle Locater) yang memungkinkan pengguna untuk melacak suatu objek bergerak seperti kendaraan, armada ataupun mobil secara realtime. GPS tracking memanfaatkan kombinasi teknologi GSM dan GPS untuk menentukan koordinat sebuah objek, lalu menerjemahkan dalam bentuk peta digital.
7. Hybrid Tracking, sistem pelacakan yang merupakan gabungan dari dua atau lebih teknik pelacakan, hybrid tracking digunakan untuk menciptakan sistem pelacakan yang lebih baik. Teknik ini secara sinergis dapat meningkatkan kesegaran (robustness), kecepatan pelacakan (tracking speed) dan akurasi, dan mengurangi jitter dan noice. Hybrid tracking telah banyak digunakan dengan gabungan beberapa teknik pelacakan (misalnya GPS, electronic compass dan sensor inertial dan sensor optical).
2.5.6 Teknik Tampilan AR
Terdapat tiga teknik tampilan pada AR yaitu head-mounted display, handheld displays, dan spatial display.
1. Head-mounted display, teknik tampilan ini bekerja dengan menempatkan gambar diantara dunia nyata dan objek grafik virtual melalui pandangan user terhadap dunia nyata. Head-mounted display terbagi menjadi dua bagian yaitu optical see-through dan video see-through. Optical see-through biasanya menempatkan sebuah semi-silvered mirror sebelum mata pengguna. Pengguna dapat melihat dunia nyata melalui mirror (cermin), dan juga melihat grafik komputer yang digambarkan pada layar miniatur pada refleksi cermin. Proses ini mempunyai efek grafik seperti munculnya objek hitam transparan terhadap pengguna, memberikan pandangan tanpa modifikasi dari objek nyata pada tempat yang sama. Pada Video see-through pandangan pengguna tidak secara langsung terhadap dunia nyata tetapi hanya sebuah miniatur hasil komputerisasi yang nampak penuh dalam layar. HMD harus melacak dengan sensor yang menyediakan 6DOF (six degrees of freedom). Pelacakan ini membuat sistem dapat menyelaraskan virtual informasi ke dunia nyata.
2. Handheld display merupakan sebuah teknik tampilan yang bekerja dengan sebuah layar kecil yang pas atau sesuai dengan genggaman pengguna. Handheld AR merupakan solusi untuk video-see through. Mulanya, teknik ini bekerja dengan penanda fiducial, dan kemudian GPS, dan sensor MEMS (Micro electro mechanical systems) seperti kompas digital, accelerometer, dan gyroscope.Saat ini, pelacakan tanpa marker, yaitu SLAM (Simultaneous localization and mapping) seperti PTAM yang mulai digunakan. Keuntungan utama dari handheld AR adalah mudah digunakan, dapat dibawa kemana-mana (portable) dan telah dilengkapi kamera.