Aplikasi Pembelajaran Metamorfosis Berbasis Android Augmented
Reality
Fahreza Fauzi Putra1, Juni Nurma Sari2 & Rahmat Suhatman3 1
fahreza.fp@gmail.com, 2juni@pcr.ac.id, 3rsuhatman@yahoo.com Abstrak
Media pembelajaran yang populer digunakan saat ini masih berupa buku-buku atau masih berupa media pembelajaran dua dimensi. Salah satu materi pada mata pelajaran (Ilmu Pengetahuan Alam)IPA yang banyak menggunakan gambar sebagai visualisasinya adalah materi metamorfosis. Hal ini dinilai kurang efektif karena media pembelajaran dua dimensi hanya bisa dilihat pada satu sisi. Augmented reality merupakan perpaduan antara virtual reality(objek virtual) dengan world reality(dunia nyata). Augmented reality merupakan media interaktif pengganti gambar-gambar dua dimensi. Dengan adanya aplikasi ini peserta didik menerima visualisasi yang lebih interaktif dibandingkan dengan gambar dua dimensi. Pada aplikasi ini terdapat tiga buah scene metamorfosis yaitu, metamorfosis capung, katak dan kupu-kupu yang pada masing-masing fase digambarkan dalam bentuk objek tiga dimensi. Aplikasi ini dapat mendeteksi marker dengan jarak antara 4 – 160 cm tergantung kemampuan hardware kamera seperti digital zoom dan besar resolusi kamera tersebut. Animasi pada aplikasi ini berjalan dengan kecepatan render 7 – 25 FPS pada smartphone single core dan 22 – 31 FPS pada smartphone dual core yang memiliki library grafis OpenGL ES versi 2.x.
Kata kunci: Augmented Reality, pembelajaran, metamorfosis, smartphone, Android.
Abstract
Popular learning media that is still used today in the form of books or still a two-dimensional. One matter on which many science subjects using images as the visualization is the metamorphosis. It is considered less effective as a two-dimensional medium of learning can only be seen on one side. Augmented reality is a combination of virtual realitywith the world of reality. Augmented reality is an interactive media replacement for two-dimensional images. With this application students receive a more interactive visualization compared with two-dimensional images. In this application there are three scenes that metamorphosis, metamorphosis of dragonflies, frogs and butterflies on each phase described in terms of three-dimensional objects. The application can detect the marker to the distance between 4-160 cm depending on the hardware capabilities of cameras such as digital zoom and a large resolution camera. Animation on the application is running with rendering speed 7-25 FPS on a single-core smartphone and 22-31 FPS on a dual-core smartphone that has a graphics library OpenGL ES version 2.x.
Keywords: Augmented Reality, learning media, metamorphosis, smartphone, Android
1 Pendahuluan
Seiring dengan itu, teknologi audio visual akhir-akhir ini menjadi salah satu bahan penelitian yang menarik dalam bidang pendidikan. Walaupun teknologi ini baru diperkenalkan sekitar tahun 1990-an, namun perkembangan teknologi ini, telah mendorong berkembangnya model-model pembelajaran yang menggunakan komputer (computer based instruction) sebagai salah satu model dalam mendukung strategi pembelajaran. Belakangan ini telah banyak berkembang media pembelajaran berbasis multimedia, tetapi hanya menggunakan pointer seperti mouse ataupun keyboard yang dirasakan masih kurang memberikan derajat kebebasan sudut pandang. Augmented Reality merupakan perpaduan antara Virtual Reality dengan World Reality. Sehingga objek-objek virtual dua dimensi atau tiga dimensi seolah-olah terlihat nyata dan menyatu dengan dunia nyata.
2 Tinjauan Pustaka 2.1 Metamorfosis
Metamorfosis adalah suatu proses biologi dimana hewan secara fisik mengalami perkembangan biologis setelah dilahirkan atau menetas. Proses ini melibatkan perubahan bentuk atau struktur melalui pertumbuhan sel dan diferensiasi sel. Metamorfosis biasanya terjadi pada fase berbeda-beda, dimulai dari larva atau nimfa, kadang melewati fase pupa, dan berakhir sebagai spesies dewasa. Ada dua macam metamorfosis utama pada serangga, hemimetabolisme dan holometabolisme[1]. Hemimetabolisme merupakan metamorfosis tidak sempurna. Fase spesies yang belum dewasa pada metamorfosis biasanya disebut larva. Tapi pada metamorfosis kompleks pada kebanyakan spesies serangga, hanya fase pertama yang disebut larva dan terkadang memiliki nama yang berbeda. Pada hemimetabolisme, perkembangan larva berlangsung pada fase pertumbuhan berulang dan ekdisis (pergantian kulit), fase ini disebut instar. Holometabolisme merupakan metamorfosis sempurna. Pada holometabolisme, larva sangat berbeda dengan dewasanya. Serangga yang melakukan holometabolisme melalui fase larva, kemudian memasuki fase tidak aktif yang disebut pupa, atau chrysalis, dan akhirnya menjadi dewasa.
2.2 Android
Android adalah sebuah sistem operasi untuk perangkat mobile berbasis linux yang mencakup sistem operasi, middleware dan aplikasi. Android menyediakan platform terbuka bagi para pengembang untuk menciptakan aplikasi mereka. Menurut Nazrudin Safaat[2], “Android merupakan generasi baru platform mobile, platform yang memberikan developer untuk melakukan pengembangan sesuai dengan yang diharapkannya”. Sistem operasi yang mendasari Android dilisensikan di bawah GNU General Public Lisensi Versi 2 (GPLv2), yang sering dikenal dengan istilah "copyleft" lisensi di mana setiap perbaikan pihak ketiga harus terus jatuh di bawah terms. Android didistribusikan di bawah Lisensi Apache Software (ASL/Apache2), yang memungkinkan untuk distribusi kedua derivasi open source dan tertutup dari kode sumber. Para developer (produsen handset khususnya) dapat memilih untuk meningkatkan platform tanpa harus memberikan perbaikan mereka ke opensource masyarakat. Sebaliknya, developer dapat keuntungan dari perangkat tambahan seperti perbaikan dan mendistribusikan ulang pekerjaan mereka di bawah lisensi apapun yang mereka inginkan. 2.3 Augmented Reality
Augmented Reality merupakan upaya penggabungan dunia nyata dengan dunia virtual yang dibuat melalui komputer sehingga batas antara keduanya sangat tipis. Augmented Reality (AR) adalah variasi dari Virtual Enviroment (VE) atau yang lebih dikenal dengan Virtual Reality (VR) . Sedangkan virtual reality memiliki arti sebuah situasi dimana pengguna secara keseluruhan berada di dalam lingkungan maya. Paul Milgram dan Fumio Kishino membuat Milgram’s Reality Virtual Continuum, dimana diagram tersebut membandingkan teknologi Augmented Reality dengan Virtual Reality. Dapat dilihat pada Gambar 4.2, teknologi augmented reality adalah teknologi yang membawa dunia maya ke dunia nyata, sedangkan teknologi virtual reality adalah teknologi yang membuat penggunanya merasa di dunia maya[3].
2.3.1 Marker
Marker adalah sebuah gambar yang dibaca oleh webcam untuk menampilkan sebuah objek 3 dimensi. Marker umumnya berbentuk kotak dan pada pinggirannya terdapat garis hitam. Vuforia sudah menyediakan library untuk mengenali marker sehingga lebih mudah dalam proses pembacaannya.
Gambar 2.2 Contoh Marker 2.4 Vuforia SDK
Vuforia dulunya disebut QCAR(Qualcomm Augmented Reality) adalah sebuah library untuk membangun aplikasi augmented reality yang dikembangkan oleh vendor semi conductor Qualcommasal California, Amerika Serikat. Library Vuforia memungkinkan para developer mengembangkan sebuah pengalaman 3D yang interaktif. Vuforia library menawarkan keuntungan sebagai berikut:
1. Computer vision tecnology, untuk menyelaraskan marker dengan objek 3D. 2. Di dukung oleh berbagai development tools, seperti Unity 3D dan Xcode. 3. Bebas royalti, baik dalam pengembangan maupun penjualan.
2.5 Frame Rate
Frame rate adalah jumlah frame gambar atau frame yang ditunjukkan setiap detik dalam membuat gambar bergerak, diwujudkan dalam satuan fps (frames per second), makin tinggi angka fps-nya, semakin mulus gambar bergeraknya. Frame rate menggambarkan berapa banyak gambar yang dapat diselesaikan oleh sebuah hardware dan ditampilkan dalam sebuah gambar bergerak pada setiap detiknya. Untuk pengukuran frame rate pada unity digunakan fungsi Time.deltaTime(). Fungsi deltaTime() adalah fungsi yang mengembalikan selisih waktu antara hasil renderframe terakhir dengan frame sebelumnya dalam satuan detik[4].
2.6 Pengukuran Jarak
Pada library Unity 3D terdapat kelas yang bernama Vector3, kelas Vector3 ini merepresentasikan vector dan koordinat pada scene. Di dalam kelas Vector3 terdapat sebuah fungsi yang dapat mengembalikan sebuah jarak antara titik pertama dan titik kedua, fungsi ini disebut Vector3.Distance(). Fungsi ini mengembalikan nilai dengan satuan block pada scene Unity 3D[4].
Gambar 2.4 Ilustrasi Penggunaan fungsi Distance() 2.7 Way Point
Waypoint adalah koordinat virtual yang dikumpulkan dan disimpan oleh sebuah sistem dan disimpan didalam memory. Informasi yang ada pada sebuah waypoint meliputi koordinat sumbu x dan sumbu y, ketinggian atau sumbu z juga sebuah id yang unik[5]. Waypoint ini digunakan untuk membantu menentukan jalur routing yang tak terlihat untuk navigasi. Misalnya, artificial airways " highways in the sky" yang diciptakan khusus untuk keperluan navigasi udara dan hanya terdiri dari serangkaian waypoint abstrak di langit dimana pilot menavigasi; airways ini dirancang untuk memudahkan kontrol lalu lintas udara dan routing lalu lintas antara lokasi pada saat bepergian.
3 Perancangan 3.1 Flowchart
Gambar 3.1 Flowchart penggunaan aplikasi
Ketika memulai aplikasi ini, user diberikan menu utama yaitu berupa scene metamorfosis dari beberapa hewan yang berbeda. Ketika user memilih salah satu scene, maka aplikasi akan mengaktifkan hardware kamera pada device. Selanjutnya ketika kamera diarahkan ke marker maka aplikasi akan menampilak objek 3D yang berupa scene animasi metamorfosis.
4 Hasil dan Pembahasan
Berikut adalah tampilan screenshoot pada aplikasi ini:
Gambar 4. 1 Tampilan awal scene metamorfosis kupu-kupu
Gambar 4.1 adalah tampilan awal dari dari scene metamorfosis kupu-kupu. Ketika button 0ditekan maka akan dinisialisasikan sebuah objek larva seperti yang terlihat pada gambar 4.2.
Gambar 4. 2 Tampilan fase pertama pada scene metamorfosis kupu-kupu
Larva tersebut akan berjalan pada dahan pohon. Saat button ‘1’ ditekan maka larva tersebut akan beranimasi dan ketika animasinya berhenti, akan diinisialisasi sebuah objek kepompong seperti gambar berikut.
Gambar 4. 3 Tampilan fase kedua pada scene metamorfosis kupu-kupu
Ketika button ‘2’ ditekan maka objek kepompong tersebut akan beranimasi dan setelah animasinya selesai akan diinisialisasikan sebuah objek kupu-kupu.
Gambar 4. 4 Tampilan fase ketiga pada scene metamorfosis kupu-kupu Jika button ‘3’ kembali ditekan maka kupu-kupu tersebut akan terbang mengelilingi pohon yang ada pada scene.
Pengujian aplikasi dilakukan pada empat buah smartphone yang berbeda. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa cepat smartphone tersebut dapat melakukan render dari animasi yang ada dengan satuan frame persecond(FPS).
Tabel 4. 1 Spesifikasi hardware smartphone yang diujikan
OS Processor Display
Tab 7 Plus 3.1 Dual-core 1.2 GHz 600 x 1024
Nexus S 2.3 1 GHz Cortex-A8 480 x 800
Galaxy S2 4.0 Dual-core 1.2 GHz Cortex-A9 480 x 800
Galaxy W 2.3 1.4 GHz Scorpion 480 x 800
LG Optimus 2X 2.3 Dual-core 1 GHz Cortex-A9 480 x 800 Tabel 4. 2 Spesifikasi kamera smartphone yang diujikan
Resolusi Pixels Digital Zoom Tab 7 Plus 3.15 MP 2048x1536 Yes
Nexus S 5 MP 2560x1920 No
Galaxy S2 8 MP 3264x2448 Yes
Galaxy W 5 MP 2592х1944 Yes
LG Optimus 2X 8MP 3264x2448 Yes Tabel 4. 3 Hasil pengujian kecepatan render
Scene Capung Scene Katak Scene Kupu-kupu Tab 7 Plus 29 – 30 FPS 30 - 31 FPS 23 - 30 FPS Nexus S 10 - 25 FPS 13 - 25 FPS 7 - 21 FPS Galaxy S2 30 - 31 FPS 22 - 30 FPS 22 - 30 FPS Galaxy W 19 - 30 FPS 13 - 31 FPS 5 - 26 FPS LG Optimus 2X 29 – 30 FPS 9 – 10 FPS 3 – 15 FPS
Dari tabel tersebut terlihat bahwa smartphone yang memiliki processor lebih baik dalam melakukan pemrosesan grafis dengan kecepatan render antara 22 sampai 30 FPS untuk smartphone Galaxy S2 dan 23 sampai 30 FPS untuk Tab 7 Plus.
Tabel 4. 4 Hasil pengujian jarak
Device Jarak Minimal Jarak Maksimal Device Jarak Minimal Jarak Maksimal
Tab 7 Plus 5 cm 160 cm Galaxy W 4 cm 160 cm
Nexus S 6 cm 80 cm LG Optimus 2X 5 cm 200 cm
Seperti yang terlihat pada tabel 4.4, smartphone Nexus S merupakan smartphone dengan jarak maksimal terkecil diantara smartphone lainnya. Faktor yang menentukan
jarak tersebut adalah kualitas dari kamera smartphone dan kecepatan processor untuk
mengenal marker tersebut. Kamera pada smartphone Nexus S tidak mendukung faslitas
digital zoom dan kecepatan processornya juga tergolong rendah jika dibandingkan
dengan smartphone lain yang diujikan.
5 Kesimpulan dan Saran
Dari pembuatan aplikasi pembelajaran metamorfosis berbasis android augmented reality didapat kesimpulan sebagai berikut:
1. Jarak marker berkisar antara 5 cm sampai dengan 160 cm dari kamera smartphone tergantung kemampuan hardware kamera pada smartphone tersebut seperti fasilitas digital zoom dan besar resolusi kamera.
2. Kualitas hasil render tergantung dari jenis processor yang digunakan. Jika semakin cepat processor maka kecepatan render pun akan meningkat.
3. Versi android yang digunakan untuk menjalankan aplikasi ini minimal versi 2.2 karena versi tersebut mengadopsi OpenGL ES versi 2.0 sedangkan untuk versi 2.2 ke bawah masih menggunakan OpenGL ES versi 1.x.
4. Hardware smartphone yang digunakan untuk menjalankan aplikasi ini hanya smartphone yang memiliki processor dengan arsitektur ARMv7.
Adapun saran yang diajukan untuk digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam pengembangan aplikasi yang jauh lebih sempurna lagi di masa mendatang adalah sebagai berikut :
1. Aplikasi augmented reality hendaknya dibangun dengan lebih dari satu fitur pendukung. Contohnya membangun augmented reality yang dapat menentukan lokasi suatu tempat dengan menggunakan fitur GPS dan aplikasi augmented reality yang dapat terhubung dengan smartphone lainnya dengan dukungan fitur bluetooh.
2. Animasi dibuat lebih dinamis dengan menerima berbagai inputan dari user. Contohnya aplikasi simulasi daur hidup laba-laba dengan menggunakan AI Waypoint sebagai animasi pergerakannya dan raycast sebagai collusion detection antara objek dan enviroment yang ada pada scene aplikasi tersebut.
6 Daftar Pustaka
[1] Syani. 2012. Metamorfosis Kupu-kupu. Universitas Muhammadiyah Malang. URL: http://syani.student.umm.ac.id/download-as-pdf/umm_blog_article_27.pdf
[2] Safaat, Nazrudin. 2011. Pemrograman Aplikasi Mobile Smartphone dan Tablet PC Berbasis Android. Bandung:Informatika.
[3] Milgram, Paul & Kishino, Fumio. 1994. A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays, University of Toronto. URL:
http://web.cs.wpi.edu/~gogo/hive/papers/Milgram_IEICE_1994.pdf
[4] Unity Technologies ApS. Scripting Overview. Unity Technologies ApS. URL: http://docs.unity3d.com/Documentation/ScriptReference/index.html
[5] Anonim. (t.t). Introduction to GPS. Virginia Community College Geospatial Institute, Virginia, U.S. URL : http://gep.frec.vt.edu/VCCS/materials/PDFs/2.0-Intro2GPS.pdf
