Kartika
Kartika Dwi Dwi Hapsari Hapsari 105060809111003 105060809111003 Page Page 11
BAB I
BAB I
PENDAHULUAN
PENDAHULUAN
1.1
1.1 Latar Latar BelakangBelakang
Augmented Reality merupakan penggabungan benda maya dua demensi Augmented Reality merupakan penggabungan benda maya dua demensi atau tiga
atau tiga dimensi ke dimensi ke dalam sebuah dalam sebuah lingkungan nyata tiga lingkungan nyata tiga dimensi. dimensi. LaluLalu memproyeksikan benda-benda maya
memproyeksikan benda-benda maya tersebut dalam waktu tersebut dalam waktu nyata. nyata. AugmentedAugmented Reality dapat diaplikasikan untuk semua indera. Selain digunakan dalam Reality dapat diaplikasikan untuk semua indera. Selain digunakan dalam bidang-bidang seperti
bidang-bidang seperti kesehatan,kesehatan, militer,militer, industriindustri manufaktur,manufaktur, juga dalamjuga dalam perangkat-perangkat yang digunakan orang banyak, seperti pada
perangkat-perangkat yang digunakan orang banyak, seperti pada telepontelepon genggam.
genggam.
AR merupakan salah satu bidang HCI (
AR merupakan salah satu bidang HCI ( Human-Computer Interaction Human-Computer Interaction)) yang sampai saat ini sering diteliti dan terus mengalami berbagai macam yang sampai saat ini sering diteliti dan terus mengalami berbagai macam perkembangan. AR sendiri sudah merambah ke berbagai macam bidang perkembangan. AR sendiri sudah merambah ke berbagai macam bidang seperti kesehatan, manufaktur, hiburan, pelatihan militer, dan tak terlepas di seperti kesehatan, manufaktur, hiburan, pelatihan militer, dan tak terlepas di bidang hiburan, yaitu video game.
bidang hiburan, yaitu video game.
Implementasi AR terbagi menjadi empat tahap, yaitu kalibrasi kamera, Implementasi AR terbagi menjadi empat tahap, yaitu kalibrasi kamera, image processing, estimasi pose, dan tampilan latar belakang video image processing, estimasi pose, dan tampilan latar belakang video streaming.
streaming. Dimana setiap Dimana setiap tahap memiliki tahap memiliki proses sendiri-sendiri. Pada proses sendiri-sendiri. Pada tahaptahap kalibrasi kamera terdapat proses, proyeksi perspektif matrix, dan parameter kalibrasi kamera terdapat proses, proyeksi perspektif matrix, dan parameter distorsi gambar.
distorsi gambar. Tahap Tahap image image processing terdapat processing terdapat proses, proses, ukuran gambarukuran gambar untuk deteksi marker, pela
untuk deteksi marker, pelacakan history, dan cakan history, dan Akurasi Akurasi v.s. v.s. Kecepatan Kecepatan padapada identifikasi
identifikasi pola. pola. Pada tahap Pada tahap estimasi pose terdapat estimasi pose terdapat tahap, initial condition,tahap, initial condition, dan estimasi
dan estimasi akurasi. akurasi. Sedangkan pada Sedangkan pada tahap tampilan tahap tampilan latar belakang latar belakang videovideo streaming proses-prosesnya adalah Pemetaan tekstur v.s. glDrawPixels (). streaming proses-prosesnya adalah Pemetaan tekstur v.s. glDrawPixels ().
Berdasarkan referensi dari “ITS Undergraduate Paper” penulis akan Berdasarkan referensi dari “ITS Undergraduate Paper” penulis akan meneliti implementasi AR yaitu image processing khususnya deteksi marker. meneliti implementasi AR yaitu image processing khususnya deteksi marker.
1.2
1.2 Rumusan Rumusan MasalahMasalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan sebelumnya, maka Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan sebelumnya, maka dapat dirumuskan masalah-masalah yang akan dibahas :
dapat dirumuskan masalah-masalah yang akan dibahas :
Bagaimana perancangan tahapan image processing Augmented Reality ?Bagaimana perancangan tahapan image processing Augmented Reality ?
Bagaimana implementasi tahapan image processing Augmented Reality ?Bagaimana implementasi tahapan image processing Augmented Reality ?
1.3
1.3 Batasan Batasan MasalahMasalah
Berdasarkan rumusan masalah yang akan dibahas, maka dapat ditentukan Berdasarkan rumusan masalah yang akan dibahas, maka dapat ditentukan batasan-batasan masalah yang akan dibahas :
batasan-batasan masalah yang akan dibahas :
Augmented Reality dengan object 3D “Rim”Augmented Reality dengan object 3D “Rim”..
Kartika
Kartika Dwi Dwi Hapsari Hapsari 105060809111003 105060809111003 Page Page 33
BAB II
BAB II
DASAR TEORI
DASAR TEORI
2.1
2.1 Augmented Augmented RealityReality
Augmented Reality merupakan upaya untuk menggabungkan dunia nyata Augmented Reality merupakan upaya untuk menggabungkan dunia nyata dan dunia virtual yang dibuat melalui komputer sehingga batas antara dan dunia virtual yang dibuat melalui komputer sehingga batas antara keduanya menjadi sangat tipis. Augmented Reality atau yang biasa disebut keduanya menjadi sangat tipis. Augmented Reality atau yang biasa disebut dengan AR bukan merupakan teknologi baru. Teknologi ini telah ada selama dengan AR bukan merupakan teknologi baru. Teknologi ini telah ada selama hampir 40 tahun, setelah diperkenalkan aplikasi Virtual Reality (VR) untuk hampir 40 tahun, setelah diperkenalkan aplikasi Virtual Reality (VR) untuk pertama kalinya. Pada saat itu, penelitian-penelitian teknologi yang dilakukan pertama kalinya. Pada saat itu, penelitian-penelitian teknologi yang dilakukan ditujukan untuk aspek hardware. Head-Mounted Display (HMD) merupakan ditujukan untuk aspek hardware. Head-Mounted Display (HMD) merupakan contoh hasil dari penelitian tentang Augmented Reality pada saat itu, ini contoh hasil dari penelitian tentang Augmented Reality pada saat itu, ini merupakan satu-satunya peralatan dasar dalam teknologiteknologi terbaru. merupakan satu-satunya peralatan dasar dalam teknologiteknologi terbaru. Seiring berjalannya waktu, Augmented Reality berkembang sangat pesat Seiring berjalannya waktu, Augmented Reality berkembang sangat pesat sehingga memungkinkan pengembangan aplikasi ini di berbagai bidang sehingga memungkinkan pengembangan aplikasi ini di berbagai bidang termasuk pendidikan.
termasuk pendidikan.
2.2
2.2 Imaga Imaga ProcessingProcessing
Image processing adalah suatu metoda yang digunakan untuk mengolah Image processing adalah suatu metoda yang digunakan untuk mengolah gambar sehingga menghasilkan gambar lain yang sesuai dengan keinginan gambar sehingga menghasilkan gambar lain yang sesuai dengan keinginan kita. Pengambilan gambar biasanya dilakukan dengan kamera video digital kita. Pengambilan gambar biasanya dilakukan dengan kamera video digital atau alat lain yang biasanyan digunakan untuk mentransfer gambar (scanner, atau alat lain yang biasanyan digunakan untuk mentransfer gambar (scanner, kamera digital).
kamera digital).
Pengolahan gambar digital atau Digital Image Processing (DIP) adalah Pengolahan gambar digital atau Digital Image Processing (DIP) adalah bidang yang berkembang sangat pesat sejalan dengan kemajuan teknologi bidang yang berkembang sangat pesat sejalan dengan kemajuan teknologi pada industri saat ini. Fungsi utama dari Digital Image Processing adalah pada industri saat ini. Fungsi utama dari Digital Image Processing adalah untuk memperbaiki kualitas dari gambar hingga gambar dapat dilihat lebih untuk memperbaiki kualitas dari gambar hingga gambar dapat dilihat lebih jelas tanpa ada ketegangan pada mata, karena informasi penting diekstrak dari jelas tanpa ada ketegangan pada mata, karena informasi penting diekstrak dari gambar yang dihasilakan harus jelas sehingga didapatkan gambar yang gambar yang dihasilakan harus jelas sehingga didapatkan gambar yang terbaik. Selain itu DIP digunakan untuk memproses data yang diperoleh terbaik. Selain itu DIP digunakan untuk memproses data yang diperoleh dalam persepsi mesin, yaitu prosedur-prosedur yang digunakan untuk dalam persepsi mesin, yaitu prosedur-prosedur yang digunakan untuk
mengektraksi informasi dari gambar, informasi dalam bentuk yang cocok mengektraksi informasi dari gambar, informasi dalam bentuk yang cocok untuk proses komputer.
untuk proses komputer.
2.3
2.3 AR AR ToolkitToolkit
Jika OpenGL merupakan library yang digunakan dalam pembuatan grafis Jika OpenGL merupakan library yang digunakan dalam pembuatan grafis 3D, ARToolKit merupakan library perangkat lunak yang digunakan untuk 3D, ARToolKit merupakan library perangkat lunak yang digunakan untuk mengembangkan aplikasi AR.
mengembangkan aplikasi AR.
2.4
2.4 Deteksi Deteksi MarkerMarker
Deteksi marker dengan menggunakan metode Hough Transform Deteksi marker dengan menggunakan metode Hough Transform mendeteksi parameterparameter geometri. Representasi garis dari marker mendeteksi parameterparameter geometri. Representasi garis dari marker yang ditangkap kamera webcam menggunakan (r = x cos(
yang ditangkap kamera webcam menggunakan (r = x cos(ϴϴ) + y sin() + y sin(ϴϴ), r:), r: jarak antar garis dalam kalibrasi kamera,
jarak antar garis dalam kalibrasi kamera, ϴϴ: sudut antara garis normal dengan: sudut antara garis normal dengan sumbu-x). Input merupakan nilai biner dari titik sudut (edge) yang sumbu-x). Input merupakan nilai biner dari titik sudut (edge) yang menghubungkan antar garis dimana semua titik sudut tersebut ditentukan menghubungkan antar garis dimana semua titik sudut tersebut ditentukan sebagai pixel. Hough Transform membutuhkan array yang disebut sebagai pixel. Hough Transform membutuhkan array yang disebut accumulator array, array ini hanya mempunyai 1 nilai balik untuk setiap accumulator array, array ini hanya mempunyai 1 nilai balik untuk setiap kombinasi parameter (r,
kombinasi parameter (r, ϴϴ) yang memungkinkan. Setiap garis dapat dibangun) yang memungkinkan. Setiap garis dapat dibangun dengan menghubungkan antara titik sudut (edge) yang telah ditentukan dengan menghubungkan antara titik sudut (edge) yang telah ditentukan sebagai pixel tadi, dan parameter-parameter yang terkait dengan r dan sebagai pixel tadi, dan parameter-parameter yang terkait dengan r dan ϴϴ menentukan nilai
menentukan nilai increment dari increment dari accumulator array. accumulator array. Setelah Setelah semua garis-semua garis-garis yang memungkinkan diproses, nilai array yang tinggi merepresentasikan garis yang memungkinkan diproses, nilai array yang tinggi merepresentasikan sebuah garis (marker border). Meskipun Hough Transform memiliki banyak sebuah garis (marker border). Meskipun Hough Transform memiliki banyak noise dan diskontinuitas dalam sebuah image dan belum mampu menemukan noise dan diskontinuitas dalam sebuah image dan belum mampu menemukan titik akhir dari sebuah garis.
titik akhir dari sebuah garis.
2.5
2.5 Kalibrasi Kalibrasi KameraKamera
Kalibrasi kamera adalah salah satu langkah yang harus dilakukan dalam Kalibrasi kamera adalah salah satu langkah yang harus dilakukan dalam proses rekonstruksi 3D, dimana proses ini diperlukan untuk mendapatkan proses rekonstruksi 3D, dimana proses ini diperlukan untuk mendapatkan informasi parameter kamera yang digunakan untuk melakukan transformasi informasi parameter kamera yang digunakan untuk melakukan transformasi
Kartika
Kartika Dwi Dwi Hapsari Hapsari 105060809111003 105060809111003 Page Page 55 dari 3D (world coordinate) menuju ke 2D (camera coordinate). Ada beberapa dari 3D (world coordinate) menuju ke 2D (camera coordinate). Ada beberapa metode yang sudah dikembangkan untuk melakukan proses kalibrasi kamera. metode yang sudah dikembangkan untuk melakukan proses kalibrasi kamera.
Photogrammetric Calibration. Proses kalibrasi kamera dilakukan denganPhotogrammetric Calibration. Proses kalibrasi kamera dilakukan dengan mengamati obyek kalibrasi dimana geometri dalam ruang 3D telah mengamati obyek kalibrasi dimana geometri dalam ruang 3D telah diketahui dengan sangat tepat. Umumnya, metode ini dapat dilakukan diketahui dengan sangat tepat. Umumnya, metode ini dapat dilakukan dengan sangat efisien. Obyek kalibrasi biasanya terdiri dari dua atau tiga dengan sangat efisien. Obyek kalibrasi biasanya terdiri dari dua atau tiga bidang yang terletak secara orthogonal satu dengan yang lainnya.
bidang yang terletak secara orthogonal satu dengan yang lainnya.
Self Calibration. Metode-metode pada kategori ini tidak menggunakanSelf Calibration. Metode-metode pada kategori ini tidak menggunakan obyek
obyek kalibrasi. kalibrasi. Metode Metode ini ini dilakukan dilakukan dengan dengan cara cara menggerakkanmenggerakkan kamera pada pemandangan statis (static scene), yang dibatasi oleh kamera pada pemandangan statis (static scene), yang dibatasi oleh parameter internal kamera dari perubahan letak kamera dengan parameter internal kamera dari perubahan letak kamera dengan menggunakan informasi yang terdapat pada gambar saja. Oleh karena itu, menggunakan informasi yang terdapat pada gambar saja. Oleh karena itu, jika beberapa gambar diambil oleh kamera yang sama dengan parameter jika beberapa gambar diambil oleh kamera yang sama dengan parameter internal yang sama, hubungan antara gambar-gambar yang ada cukup internal yang sama, hubungan antara gambar-gambar yang ada cukup untuk mendapatkan parameter internal dan eksternal yang ada.
untuk mendapatkan parameter internal dan eksternal yang ada.
Parameter ekstrinsik menggambarkan orientasi posisi dari kamera Parameter ekstrinsik menggambarkan orientasi posisi dari kamera terhadap sistem koordinat sebenarnya dalam ruang 3D (world coordinate). terhadap sistem koordinat sebenarnya dalam ruang 3D (world coordinate). Berikut sistem koordinat marker:
Berikut sistem koordinat marker:
Gambar 1.
BAB III
BAB III
METODOLOGI
METODOLOGI
3.1
3.1 Analisa Analisa SistemSistem
Untuk pendeteksian sebuah marker diperlukan bebeapa tahapan uji coba. Untuk pendeteksian sebuah marker diperlukan bebeapa tahapan uji coba. Yaitu uji coba oklusi, uji coba marker, uji coba jarak, uji coba resolusi Yaitu uji coba oklusi, uji coba marker, uji coba jarak, uji coba resolusi kamera, uji
kamera, uji coba focus kamera, coba focus kamera, dan uji coba dan uji coba pencahayaan. pencahayaan. Uji coba Uji coba tersebuttersebut harus dilakukan untuk keberhasilan proses deteksi marker pada tahap harus dilakukan untuk keberhasilan proses deteksi marker pada tahap implementasi image processing pada Augmented Reality.
implementasi image processing pada Augmented Reality. 3.2
3.2 Uji Uji Coba Coba OklusiOklusi
Untuk faktor oklusi, akan dilakukan uji coba deteksi marker
Untuk faktor oklusi, akan dilakukan uji coba deteksi marker ketikaketika sebagian dari marker tertutup halangan. Pada marker
sebagian dari marker tertutup halangan. Pada marker tunggal, walapun posisitunggal, walapun posisi marker mengalami kemiringan, selama keseluruhan pola marker tidak marker mengalami kemiringan, selama keseluruhan pola marker tidak tertutup halangan apapun, marker
tertutup halangan apapun, marker akan terdeteksi dengan baik.akan terdeteksi dengan baik.
Gambar 2.
Kartika
Kartika Dwi Dwi Hapsari Hapsari 105060809111003 105060809111003 Page Page 77 Namun ketika salah satu ujung dari persegi marker tertutup, walaupun Namun ketika salah satu ujung dari persegi marker tertutup, walaupun bagian lain tertangkap dengan jelas dan pola di warna putih tidak terhalang bagian lain tertangkap dengan jelas dan pola di warna putih tidak terhalang apapun marker tidak akan terdeteksi.
apapun marker tidak akan terdeteksi.
3.3
3.3 Uji Uji Coba Coba MarkerMarker
Pada deteksi marker jika terdapat marker yang kembar seperti pada tidak Pada deteksi marker jika terdapat marker yang kembar seperti pada tidak akan dapat mendeteksi secara baik (error) karena tidak boleh ada dua atau akan dapat mendeteksi secara baik (error) karena tidak boleh ada dua atau lebih pola yang yang sama terdeteksi. Dua atau lebih pola yang sama lebih pola yang yang sama terdeteksi. Dua atau lebih pola yang sama menyebabkan tracker tidak dapat menentukan posisi pola marker tersebut, menyebabkan tracker tidak dapat menentukan posisi pola marker tersebut, sehingga menghasilkan matriks transformasi yang kacau.
sehingga menghasilkan matriks transformasi yang kacau.
3.4 Uji Coba Jarak 3.4 Uji Coba Jarak
Pada uji coba jarak, semakin dekat jarak kamera dengan marker tentunya Pada uji coba jarak, semakin dekat jarak kamera dengan marker tentunya akan mengakibatkan ukuran marker yang terdeksi semakin besar sehingga akan mengakibatkan ukuran marker yang terdeksi semakin besar sehingga marker bias tertangkap dengan baik. Namun ketika jarak kamera dangan marker bias tertangkap dengan baik. Namun ketika jarak kamera dangan marker semakin jauh maka ukuran marker yang tertangkap kamera semakin marker semakin jauh maka ukuran marker yang tertangkap kamera semakin kecil sehingga pola marker menjadi kabur sehingga marker menjadi tidak kecil sehingga pola marker menjadi kabur sehingga marker menjadi tidak terdeteksi.
terdeteksi.
Salah satu permasalahan dari jarak antara kamera dan marker adalah Salah satu permasalahan dari jarak antara kamera dan marker adalah tingkat kefokusan dari gambar yang ditangkap. Ketika mengubah-ubah posisi tingkat kefokusan dari gambar yang ditangkap. Ketika mengubah-ubah posisi
Gambar
kamera dengan marker, maka fokus kamera akan menjadi kabur yang kamera dengan marker, maka fokus kamera akan menjadi kabur yang menyebabkan marker tidak akan terdeteksi. Masalah ini tergantung dari menyebabkan marker tidak akan terdeteksi. Masalah ini tergantung dari kualitas kamera, jika pada perangkat kamera memiliki fitur autofocus maka kualitas kamera, jika pada perangkat kamera memiliki fitur autofocus maka hal ini tidak akan menjadi masalah.
hal ini tidak akan menjadi masalah.
3.5
3.5 Uji CoUji Coba Reba Resolusi Kamesolusi Kamerara
Pada uji coba resolusi perangkat kamera, semakin besar resolusi kamera, Pada uji coba resolusi perangkat kamera, semakin besar resolusi kamera, semakin besar piksel yang ditangkap oleh kamera. Semakin banyaknya piksel semakin besar piksel yang ditangkap oleh kamera. Semakin banyaknya piksel pada setiap frame, maka performa dari marker tracking akan semakin berat pada setiap frame, maka performa dari marker tracking akan semakin berat karena jumlah piksel yang harus dicek akan semakin banyak.
karena jumlah piksel yang harus dicek akan semakin banyak.
3.6
3.6 Uji CoUji Coba Fba Fokus Kokus Kameraamera
Fokus kamera juga menentukan keberhasilan dari deteksi marker. Jika Fokus kamera juga menentukan keberhasilan dari deteksi marker. Jika kamera tidak fokus menangkap marker seperti yang tampak, akan kamera tidak fokus menangkap marker seperti yang tampak, akan menyebabkan pola marker menjadi kabur dan gagal dideteksi.
menyebabkan pola marker menjadi kabur dan gagal dideteksi.
Pada uji coba ini, fokus kamera menjadi sangat penting untuk proses Pada uji coba ini, fokus kamera menjadi sangat penting untuk proses deteksi marker sehingga sebelum menggunakan aplikasi perlu diatur fokus deteksi marker sehingga sebelum menggunakan aplikasi perlu diatur fokus kamera agar penangkapan objek dapat dilakukan dengan baik. Kalau perlu, kamera agar penangkapan objek dapat dilakukan dengan baik. Kalau perlu, kamera yang digunakan memiliki fitur autofocus sehingga ketika jarak kamera yang digunakan memiliki fitur autofocus sehingga ketika jarak marker berubah-ubah, fokus kamera dapat otomatis dapat menyesuaikan.
marker berubah-ubah, fokus kamera dapat otomatis dapat menyesuaikan.
3.7
3.7 Uji Uji Coba Coba PencahayaanPencahayaan
Dalam uji coba faktor pencahayaan, dalam melakukan deteksi marker, Dalam uji coba faktor pencahayaan, dalam melakukan deteksi marker, tidak dibutuhkan pencahayaan yang sangat terang. Pencahayaan yang sangat tidak dibutuhkan pencahayaan yang sangat terang. Pencahayaan yang sangat terang justu mengakibatkan pola marker yang dicetak pada bidang kertas terang justu mengakibatkan pola marker yang dicetak pada bidang kertas menjadi silau sehingga tingkat kehitaman dari pola marker menjadi kabur menjadi silau sehingga tingkat kehitaman dari pola marker menjadi kabur ketika ditangkap oleh kamera. Hal ini tejadi ketika dilakukan uji coba ketika ketika ditangkap oleh kamera. Hal ini tejadi ketika dilakukan uji coba ketika
Kartika
Kartika Dwi Dwi Hapsari Hapsari 105060809111003 105060809111003 Page Page 99 menggunakan pencahayaan lampu didalam ruangan dimana cahaya yang menggunakan pencahayaan lampu didalam ruangan dimana cahaya yang dihasilkan oleh lampu ruangan sangat terang. Oleh karena itu, dalam proses dihasilkan oleh lampu ruangan sangat terang. Oleh karena itu, dalam proses deteksi marker, pencahayaan yang diberikan sebaiknya secukupnya saja deteksi marker, pencahayaan yang diberikan sebaiknya secukupnya saja namun tidak terlalu gelap. Pencahayaan yang secukupnya akan namun tidak terlalu gelap. Pencahayaan yang secukupnya akan mengakibatkan warna hitam dari pola marker akan lebih tampak sehingga mengakibatkan warna hitam dari pola marker akan lebih tampak sehingga proses deteksi marker akan lebih baik.
