SIMULASI PERGERAKAN PASUKAN BERBASIS POTENTIAL FIELDS UNTUK TARGET DINAMIS

SIMULASI PERGERAKAN PASUKAN BERBASIS

POTENTIAL FIELDS

UNTUK TARGET DINAMIS

Siswati

1)

, Supeno Mardi SN

2)

Moch.Hariadi

3)

1,2,3 _{Pasca Sarjana Jaringan Cerdas Multimedia (Game Teknologi) Teknik Elektro,Teknologi Industri ITS}

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri ITS Jl. Keputih Sukolilo,Surabaya, 60111

E-mail : siswati@elect-eng.its.ac.id 1)_{,mardi@ee.its.ac.id}3)_{, mochar@ee.its.ac.id}

Abstract – Pada game pertempuran klasik,

pergerakan sekelompok pasukan dalam menghadapi lawan atau target sangat penting. Gerakan disini bisa berupa gerakan menuju target, menghindari serangan musuh, menghindari halangan yang ada dan tabrakan antar pasukan. Prinsip gerakan ini memiliki kemiripan dengan pergerakan Autonomous Mobile Robot (AMR) yang di dalamnya terdapat salah satu metode yaitu Potential Field. Metode ini memiliki prinsip seperti medan magnet yang menarik atau menolak partikel besi yang ada di sekitarnya. Berdasarkan karakteristik metode ini, maka metode ini dapat digunakan untuk mensimulasikan pergerakan pasukan dalam sebuah game. Perilaku menolak partikel besi diaplikasikan untuk musuh dan perilaku menarik diaplikasikan untuk target. Dengan demikian diharapkan pasukan dapat menghindari musuh dan menuju target dengan kedua perilaku tersebut.

Dengan menggunakan metode Potential Field, pasukan dapat bergerak menuju target dan memiliki kemampuan untuk menghindari musuh. Dalam menghindari musuh, pasukan bergerak berdasar kekuatan musuh. Jika musuh lemah, maka pasukan hanya akan menghindar dekat dengan musuh dan jika musuh kuat maka pasukan akan menghindar dengan lebih jauh.

Walaupun pasukan dapat menghindar, pasukan tetap melewati area jangkauan serangan musuh. Penggunaan metode ini memiliki kelemahan, jika dua musuh berada dalam jarak yang berdekatan dan area serangnya saling berpotongan di suatu daerah, maka daerah tersebut bisa memilki Potential Field yang rendah karena resultan gaya kedua musuh saling mengurangi. Hal ini dianggap pasukan sebagai daerah aman untuk dilewati padahal daerah ini sebenarnya merupakan daerah yang paling berbahaya. Kelemahan kedua adalah terkadang pasukan terjebak dalam lokal minima. Permasalahan ini terjadi karena pasukan tidak memiliki keamampuan prediksi.

Kata Kunci: Potential Field, Target, Simulasi

1. PENDAHULUAN

Pada sebuah pertempuran, pergerakan pasukan menuju objek yang ditentukan memerlukan sebuah perencanaan yang matang. Penentuan jalur, susunan pasukan dan cara pergerakannya merupakan hal penting dalam mobilisasi pasukan dalam teknik pertempuran klasik. Pola pergerakan ini banyak diterapkan dalam game. Teknik perencanaan jalur atau path finding dimana musuh dapat mengkoordinasikan diri mereka sendiri untuk menyerang pemain seperti pada game Half Life menjadikan game menjadi menarik.

Prinsip pergerakan pasukan pada game menyerupai prinsip pergerakan Autonomous Mobile Robot (AMR) yang merupakan salah satu jenis robot yang bergerak secara mandiri. AMR pada realisasinya harus memiliki beberapa kemampuan sistem navigasi yaitu Path Planning (Perencanaan Jalur), Obstacle Avoidance (Penghindaran Tabrakan), Position Estimation (Estimasi Keberadaan/Posisi), Mapping (Pemetaan), Autonomous Vehicle (Wahana Gerak Mandiri).

Untuk menyusun pergerakan pasukan dibutuhkan suatu aturan atau skenario tertentu yang mengatur posisi masing-masing pasukan dalam pergerakannya. Disini perlu diperhatikan karakteristik dari masing-masing pasukan untuk dapat menentukan posisinya dalam barisan. Pasukan berkuda yang memiliki kekuatan lebih perlu diletakkan didepan, disusul pasukan infantri atau pembawa tombak dan yang paling belakang adalah pasukan pemanah yang memiliki daya jangkau serangan lebih jauh. Walaupun demikian tidak menutup kemungkinan untuk adanya perubahan susunan pasukan jika terjadi sesuatu.

Salah satu metode perencanaan jalur adalah Potential Field yang mempunyai prinsip kinerja seperti kelereng yang menggelinding menuruni bukit, dimana kondisi lingkungan yang dilewatinya yang menentukan arah dan pergerakannya atau dapat juga digambarkan seperti medan magnet yang menarik atau menolak partikel besi.

Pada pergerakan multi robot, target akan menarik robot dan setiap robot akan saling mengenali satu dengan yang lain untuk

menghindari tabrakan antar mereka berdasar vector yang ada. Prinsip ini dipandang dapat diberlakukan dalam perpindahan pasukan dalam game dengan melihat kemiripan perilaku yang dibutuhkan game. Kebutuhan pada game untuk mengenali target, merencanakan jalur perjalanan, menghindari penghalang dan secara bersama-sama menuju target merupakan suatu permasalahan tersendiri.

2. LANDASAN TEORI 2.1. Potential Fields

Konsep dasar metode Potential Field digambarkan seperti partikel besi yang begerak menuju objek melalui medan magnet yang dibuat oleh objek yang dituju. Pergerakan ini tergantung dari medan magnet yang ada, partikel akan ditarik kearah tujuan atau justru sebaliknya partikel besi tersebut akan ditolak oleh medan magnet pada saat bertemu halangan.

2.2. Cara Kerja Potential Fields

Sistem kerja Potential Field adalah dengan memberi nilai yang tinggi pada daerah dekat target dan nilai akan semakin berkurang jika jaraknya semakin jauh dari target.

Setiap Potential Field mempunyai radius aksi. Diluar dari radius maka tidak ada kekuatan yang akan menarik agen untuk menuju target, hal ini mirip dengan medan magnet. Pada saat agen berada pada jarak pengaruh yang dibuat oleh target, maka agen akan mendapat vektor ruang yang disebut action vektor yang merepresentasikan kecepatan dan tujuan dari agen tersebut.

2.3. Action Vector

Cara untuk menggambarkan Potential Field adalah berfikir bahwa Potential Field adalah pemetaan dari sebuah vektor (agen) menuju vektor yang lain (goal) vektor yang dihasilkan tersebut disebut action vektor. Action vektor ini adalah komponen yang paling penting dalam pendekatan Potential Field. Karena hal ini akan menentukan pergerakan agen.

Action vektor terdiri dari sebuah panjang vektor dan arah.

1. Kekuatan adalah panjang vektor 2. Arah adalah arah vector dalam area.

Kekuatan dari vektor tergantung dari banyaknya gaya yang digunakan Potential Field untuk mendorong agen. Jumlah tersebut berubah tergantung dari posisi agen, apakah berada di dalam atau di luar. Jika di dalam radius Potential Field maka akan ada dua nilai yang menentukan kekuatannya. Pertama jarak antara agen dengan tujuan, kedua seberapa penting manfaat target bagi agen jika terdapat multi target. Arah akan tergantung dari tipe Potential Field yang dihadapi oleh agen.

Vektor-vektor ini merepresentasikan gaya dan hal ini tergantung apakah target merupakan tujuan agen

yang akan mengarahkan agen menuju tujuan atau atraktif atau merupakan objek yang harus dihindari oleh agen yang membuat agen menjauh dari hambatan repulsif

1. Potential Field Atraktif

Pada Potential Field atraktif, jika XG dan YG menunjukkan lokasi target, dan (XA, YA) menunjukkan koordinat agen maka untuk menghitung jarak antar dua titik tersebut dalam area dua dimensi adalah:

Jarak antara tujuan dan agen

(

) (

2

)

2 A G A G

X

Y

Y

X

d

=

−

+

−

Sudut antara target dengan agen

θ

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

−

=

− A G A G

X

X

Y

Y

1

tan

Rumus tersebut diatas tergantung dari jarak agen dan radius dari target. Jika s adalah daerah yang masuk dalam pengaruh dari target, r adalah radius atau ukuran target, d adalah jarak antara agen dengan target dan θ adalah sudut dari resultan vektor dari target dan posisi agen, sementara α adalah nilai konstanta yang menggambarkan pentingnya target bagi agen maka vektor aksi dari ∆GX dan ∆GY.

Jika d < r ∆GX dan ∆GY= 0

Jika r ≤ d ≤ s + r ∆ GX = α (d - r) cos (θ) dan ∆GY = α (d – r) sin (θ) Jika d > s + r ∆ GX = α s cos (θ) dan

∆GY = α s sin (θ)

Gambar 1. Daerah pengaruh Potential Field

Pada gambar 1. Jika agen berada diluar radius target, tapi berada dalam daerah pengaruh, maka agen akan tertarik pada target, hal ini berarti kekuatan dari vektor tersebut bekerja secara proporsional tergantung dari jarak target dan agen. 2. Potential Field Repulsive

Pada Potential Field repulsive, cara untuk meghitung arah dan kekuatan Potential Fieldnya sama dengan Potential Field atraktif, perbedaanya adalah pada bentuk action vektornya. Kalau pada atraktif arah action vektornya menuju ke target sementara pada repulsive arah action vektornya menjauhi target.

Jika d < r ∆OX dan ∆OY= ∞

Jika r ≤d ≤s + r ∆ GOX = α (s + r - d) cos (θ) dan ∆OY = α (s + r - d) sin (θ) Jika d > s + r ∆ OX = ∆OY = 0

Jika agen barada di dalam radius dari obstacle atau penghalang maka daya tolaknya tidak terbatas, hal ini berakibat maka agen tidak dapat berada pada radius target. Akan tetapi jika agen berada diluar radius penghalang tapi masih dalam daerah pengaruh Potential Field maka agen masih akan menerima gaya tolak dari penghalang tersebut, akan tetapi jika agen berada diluar daerah pengaruh penghalang, maka kekuatan menolaknya akan bernilai 0.

3. PERENCANAAN DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini diharapkan bisa menghasilkan suatu simulasi pergerakan pasukan dalam menghadapi musuh disamping juga harus melindungi perdana menteri. Musuh disini dibuat dinamis dengan harapan akan semakin banyak behaviour yang akan tertangani.

3.1. Simulasi Pasukan

Pasukan terdiri dari 8 orang yang terbagi dalam 3 jenis pasukan yaitu: pasukan berkuda, infantri tombak dan pemanah. Selain itu juga terdapat 1 perdana menteri yang harus dilindungi.

Untuk lebih mempermudah pengenalan, masing – masing pasukan disimbolkan dengan lambang dan diberi warna sesuai dengan jenisnya seperti dalam tabel 1.

Tabel 1. Lambang dan warna pasukan

Pasukan Lambang Warna

Berkuda 1 K1 Merah Berkuda 2 K2 Merah Berkuda 3 K3 Merah Pemanah 1 P1 Kuning Pemanah 2 P2 Kuning Tombak 1 T1 Hijau Tombak 2 T2 Hijau Tombak 3 T3 Hijau Perdana Menteri M Biru

3.2. Simulasi Pergerakan Formasi Pasukan

Formasi pasukan akan mengalami perubahan berdarkan kondisi yang terjadi. Jika kondisi aman, maka formasi pasukan adalah formasi kotak dan jika kondisi berbahaya maka formasi pasukan akan berubah menjadi formasi runcing. Formasi kotak seperti pada gambar 3 dan formasi runcing seperti pada gambar 4.

Perubahan formasi terjadi jika pasukan menyentuh daerah pengaruh serangan lawan. Masing-masing unit akan diberi potensial filed atraktif dengan kekuatan 70 dengan daerah influence 20. Pemberian Potential Field atraktif ini bertujuan agar tidak terjadi penumpukkan unit di satu titik pada saat terjadi perpindahan unit pasukan.

Pada perpindahan ini unit pasukan berpindah dari satu koordinat relative ke koordianat relative yang baru dengan perdana menteri tetap sebagai pusat koordinat relative yang baru tersebut. Posisi koordinat dari masing-masing pasukan dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Posisi koordinat masing-masing formasi

Kondisi pada formasi kotak Kondisi pada formasi runcing Jenis Pasukan X Y X Y K1 25 25 15 10 K2 25 0 30 0 K3 25 -25 15 10 P1 0 25 -15 15 P2 0 -25 -15 -15 T1 -25 25 0 15 T2 -25 0 -25 0 T3 -25 -25 0 -15 M 0 0 0 0

Dari tabel 2, terlihat bahwa masing-masing pasukan akan berpindah koordinat ke koordianat yang baru dengan mempertimbangkan jarak perpindahan terdekat.

K1 K2 K3

P1 P2

T1 T2 T3 M

Gambar 3. Formasi Kotak

M K2 K1 K3 P1 T1 T2 T3 P2

3.3. Simulasi Pergerakan Pasukan

Pergerakan pasukan disini digambarkan dengan menggunakan Finite State Machine (FSM) seperti gambar 5.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Parameter pengujian yang digunakan untuk kondisi obstacle dinamis atau bergerak adalah : 1. Kekuatan musuh, dalam hal ini adalah power

yang dimiliki oleh musuh.

2. Jarak jangkau yang dimiliki oleh musuh, diwakili dengan influence

3. Luasan musuh yang diwakili dengan radius musuh.

4. Kekuatan pergerakan obstacle yang diwakili dengan speed dari obstacle.

Selain parameter pengujian tersebut, pengujian juga dilakukan untuk mengetahui jarak dari posisi awal pasukan terhadap target atau tujuan dengan menggunakan Euclidean Distance. Pengujian jarak ini digunakan untuk mengetahui normalisasi vector yang terjadi pada pergerakan pasukan. Disamping itu dilakukan juga pengujian terhadap waktu tempuh pasukan dalam menghadapi obstacle yang bergerak.

Untuk memvalidasi pergerakan pasukan terhadap target yang sudah ditentukan, dilakukan pengujian dari pasukan terhadap musuh dalam hal ini halangan yang bergerak dengan menggunakan metode Mahalanobis Distance.

Skenario pengujian yang dibuat : • Obstacle bergerak dari arah horisontal. • Obtacle bergerak dari arah vertikal.

• Obstacle bergerak dari arah horisontal dan vertikal.

• Obstacle bergerak secara acak.

Tabel 3. Hasil pengujian

Pasukan dalam mencapai target Skenario

yang dibuat _{Ya Tidak}

Skenario 1 v -

Skenario 2 v -

Skenario 3 v -

Skenario 4 v -

Menghindar

Untuk hasil pengujian nilai mahalanobis distance terhadap besarnya nilai influence, dapat diketahui bahwa pada kondisi tertentu nilai mahalanobis distance lebih kecil dari nilai influence-nya. Hal ini menunjukkan bahwa pasukan berada pada area luasan musuh. Sehingga pasukan akan merubah formasinya menjadi runcing.

5. KESIMPULAN

Dengan menggunakan potential fields akan diketahui luasan daerah musuh sehingga akan mempermudah pasukan dalam mengenali target yang akan dituju dan menentukan keputusan yang akan diambil yaitu apakah akan berbentuk kotak atau runcing.

Dari skenario yang dibuat, pasukan dapat mencapai target 100%.

6. DAFTAR PUSTAKA

Villena, HC. (2006), “Multiple Potential Field In Quake 2 Multiplayer”,Master Thesis Department of Software Engineering and Computer Science Blekinge Institute of Technology, Sweden

Supriadi, Ahmad, Perencanaan Jalur Dan Penghindaran Tabrakan Pada Robot POEMAV, Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung, Bandung

Michael A, Goodrich,(2002), Potential Fields Tutorial”

http://students.cs.byu.edu/~cs470ta/readings/

Oxford University, (2005), Oxford Learnes Pocket Dictionary, Oxford University Press

Finite State Machine,

http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_state_machi ne, diunduh pada 5 September 2009.

Sun Tzu, (2000) “The Lost Art Of War”, PT. Elex Media Komputindo, Jakarta

Liu, Zheng. dan Winston, KG, (2003) “A Potential Field Based Approach For Multi-Robot Tracking Of Multiple Moving Targets”, The First Humanoid, Nanotechnology, Information Technology, Communication and Control Environment and Management (HNICEM) International Conference, Manila, Philippines Laue, T dan Rover, T, (2005) “A Behavior

Architecture for Autonomous Mobile Robots Based on Potential Field”, Bremer Institut f¨ur

Bergerak Diam

Menghindar

Target Keluar area musuh Bertemu musuh Lemah

Klik

Bertemu musuh Kuat

Keluar area musuh Mencari

Jalur Lain Bertemu Halangan

Keluar dari Halangan

Gambar 5. FSM Pergerakan Pasukan

Sichere Systeme, Technologie-Zentrum Informatik, FB 3,Universit¨at Bremen, German.

Borestin, J dan Koren Y, (1991) “The Vector Field Histogram Fast Obstacle Avoidance For

Mobile Robots”, IEEE Journal of Robotics and Automation,Vol7. No 3, June 1991, pp. 278-288.