ANIMASI OBYEK TIGA DIMENSI DENGAN TEKNIK
NON-PHOTOREALISTIC RENDERING UNTUK
AUGMENTED REALITY MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY
1 Moch. Yordan Rismarinandyo Siagian S,ST 2 Mochhammad Hariadi, S.T., M.Sc, P.hD
Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Elektro bidang keahlian Game Technology, Institut Teknologi Sepuluh November Jl. Sukolilo Surabaya
ABSTRAK
Perkembangan komputer grafik semakin maju saat ini. Gambar virtual sudah mulai dapat di render dalam bentuk realtime, baik dalam pencahayaan, bump mapping dan juga teknik Photorealistic Rendering. Dilain itu teknik Non-Photorealistic Rendering juga semakin dikenal dikarenakan dari keunikan hasil rendernya yang menyerupai bentuk kartun ( dua dimensi ). Teknik ini kemudian diimplementasikan dalam Augmented Reality (AR) dengan model 3 dimensi Photorealistic Rendering dengan menambahkan logika Fuzzy di dalamnya sehingga terjadi perubahan shading dari normal menjadi Cell Shading.
Kata Kunci: AR, Augmented Reality, Photorealistic Rendering, Non-Photorealistic Rendering, Pemodelan 3 dimensi, Logika Fuzzy
1. Pendahuluan
Perkembangandunia komputer saat ini sudah mulai sangat berkembang. Jika pada jaman dahulu user hanya bisa berinteraksi secara pasif dengan komputer, yaitu dengan menggunakan keyboarddan mouse, maka saat ini semua itu telah dilewati, user dapat berinteraksi dengan komputer dengan lebih natural. Hanya dengan menggunakan layar monitor saja, user sudah bisa berinteraksi dengan komputer
yaitu dengan menggunakan layar sentuh dan dunia virtual.
Banyak penelitian yang telah dilakukan untuk meningkatkan dan memaksimalkan kemampuan aplikasi
Augmented Reality (AR). Komputer grafik dipergunakan untuk mendapatkan bentuk yang sesuai dengan kenyataan (realis). Akan tetapi ada beberapa bentuk model tiga dimensi atau aplikasi yang akan lebih menarik jika ditampilkan menggunakan teknik Non-Photorealistic Rendering atau
Cell-Shading. Dalam tesis ini akan ditunjukkan kemampuan Augmented Reality
Kontras dengan aplikasi Virtual
Reality (VR) ataupun game, dimana semua
lingkungan yang dipergunakan adalah
virtual, Augmented Reality (AR)
mempergunakan lingkungan nyata, dan dikarenakan dunia virtual dan dunia nyata tidak mungkin dapat digabungkan maka kami lingkungan yang superimposed untuk menggabungkan kedua dunia ini. Di satu pihak, Augmented Reality (AR) bisa menggunakan bentuk model tiga dimensi yang realis dan di lain pihak bisa juga menggunakan bentuk Non-Photorealism
Rendering (NPR) yang lebih artistik.
2. Augmented Reality (AR)
Ronald T. Azuma (1997)
mendefinisikan Augmented Reality (AR)
sebagai penggabungan benda-benda nyata dan maya di lingkungan nyata, berjalan secara interaktif dalam waktu nyata, dan terdapat integrasi antarbenda dalam tiga dimensi, yaitu benda maya terintegrasi dalam dunia nyata. Penggabungan benda nyata dan maya dimungkinkan dengan teknologi tampilan yang sesuai, interaktivitas dimungkinkan melalui perangkat-perangkat input tertentu], dan integrasi yang baik memerlukan penjejakan yang efektif.
Selain menambahkan benda maya dalam lingkungan nyata, realitas tertambah juga berpotensi menghilangkan benda-benda yang sudah ada. Menambah sebuah lapisan gambar maya dimungkinkan untuk menghilangkan atau menyembunyikan lingkungan nyata dari pandangan pengguna. Misalnya, untuk menyembunyikan sebuah meja dalam lingkungan nyata, perlu digambarkan lapisan representasi tembok dan lantai kosong yang diletakkan di atas
gambar meja nyata, sehingga menutupi meja nyata dari pandangan pengguna.
Milgram dan Kishino (1994) merumuskan kerangka kemungkinan penggabungan dan peleburan dunia nyata dan dunia maya ke dalam sebuah kontinuum virtualitas. Sisi yang paling kiri adalah lingkungan nyata yang hanya berisi benda nyata, dan sisi paling kanan adalah lingkungan maya yang berisi benda maya.
Dalam realitas tertambah, yang lebih dekat ke sisi kiri, lingkungan bersifat nyata dan benda bersifat maya, sementara dalam Augmented Virtuality (AV) atau
virtualitas tertambah, yang lebih dekat ke sisi kanan, lingkungan bersifat maya dan benda bersifat nyata. Realitas tertambah dan virtualitas tertambah digabungkan menjadi mixed reality atau realitas campuran.
Dalam paper ini difokuskan pada aplikasi Augmented Reality (AR ) dimana dunia virtual dan dunia nyata digabungkan dan menggunakan animasi tiga dimensi dengan teknik Non-photorealistic Rendering
( NPR). Aplikasi Augmented Reality (AR)
memberikan kenyamanan dan kemudahan bagi user untuk dapat lebih bisa berkomunikasi dengan komputer secara lebih alami. Gambar 2.5 mengilustrasikan posisi dari antarmuka Augmented Reality (AR)terhadap dunia nyata,augmenteddan dunia virtual.
Dalam lingkungan Virtual Reality dunia sintesis ditempatkan di dalam dunia nyata sehingga user seperti berada dalam dunia lain. Dalam Augmented Reality (AR)
diciptakan model tiga dimensi yang seakan-akan ada di dunia nyata dan terlihat asli.
Gambar 2.5 : Menunjukan bentuk dari dunia Augmented Reality(AR).
Kegunaan dan keuntungan dari
Augmented Reality (AR) adalah bisa dikembangkanya eksplorasi dunia virtual di dunia nyata. Dengan menggunakan
Augmented Reality (AR) user dapat berinteraksi dengan obyek tiga dimensi yang muncul secara virtual di monitor. Hal ini juga akan sangat menguntungkan dan efisien karena kita bisa belihat pergerakan benda dan animasi secara realtime dan dapat berinteraksi seolah-olah benar-benar ada benada nyata di hadapan kita. Perkembangan dunia Augmented Reality
(AR) dewasa ini semakin pesat, terutama dalam bidang komputer grafik, khususnya dalam game. Game yang pada jaman dahulu hanya memperbolehkan interkasi manusi dengan komputer secara kuno, yaitu dengan menggunakan keyboard, mouse dan monitor saat ini semakin memudahkan player-nya dengan adanya
aplikasi Augmented Reality (AR). Dengan
adanyaAugmented Reality(AR), gameakan lebih komunikatif dan natural.
Gambar 2.6 : Input dan output
dalam antarmuka.
Gambar 2.7:Contoh aplikasi
Augmented Reality (AR) pada game design.
Dengan aplikasi Augmented Reality
(AR), user dapat berinteraksi dengan tokoh virtual yang dapat dikendalikan di dunia nyata. User dapat menyentuh, memukul dan menggerakkan tokoh virtual sesuka hati dan juga bisa melakukan kontrol secara nyata dan realtime.
3. AR Toolkit
ARToolKit adalah suatu software
library yang menggunakan bahasa pemrograman berbasis C yang digunakan untuk pengembangan Augmented Reality.
ARToolkit marker basedaugmented reality,
dimana diperlukan sebuah atau multi
yang akan dirender menggunakan OPEN
GL. Sistem kerja dari ARToolkit adalah
dengan menggunakan kamera yang akan mendeteksi marker yang kemudian mentranslasikan koordinatnya dari koordinat dunia ke koordinat kamera yang kemudian akan di invert dan dibuat menjadi matriks 4x4 supaya dapat terbentuk koordinat tiga dimensi.
2.5 Logika Fuzzy
Logika fuzzy yang pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A. Zadeh, memiliki derajat keanggotaan dalam rentang 0 (nol) hingga 1(satu), berbeda dengan logika digital yang hanya memiliki dua nilai yaitu 1(satu) atau 0(nol). Logika fuzzy digunakan untuk menerjemahkan suatu besaran yang diekspresikan menggunakan bahasa (linguistic), misalkan besaran kecepatan laju kendaraan yang diekspresikan dengan pelan, agak cepat, cepat dan sangat cepat. Secara umum dalam sistem logika fuzzyterdapat empat buah elemen dasar, yaitu:
1. Basis kaidah (rule base), yang berisi aturan-aturan secara linguistik yang bersumber dari para pakar;
2. Suatu mekanisme pengambilan keputusan (inference engine), yang memperagakan bagaimana para pakar mengambil suatu keputusan dengan menerapkan pengetahuan (knowledge);
3. Proses fuzzifikasi (fuzzification), yang mengubah besaran tegas (crisp) ke besaran fuzzy;
4. Proses defuzzifikasi
(defuzzification), yang mengubah besaran fuzzy hasil dari inference
engine, menjadi besaran tegas
(crisp).
2. 1 Fuzzy Membership
Istilah fuzzy logicmemiliki berbagai arti. Salah satu arti fuzzy logic adalah perluasan crisp logic, sehingga dapat mempunyai nilai antara 0 sampai 1.
5. Desain Fuzzy Cell Shading
Dalam standar parameter yang digunakan untuk memperoleh grafis Cell
Shading, terdapat beberapa parameter dan
variabel yang digunakan, dalam penelitian ini digunakan empat variabel yaitu
reflection, size, specular dan smooth. Di dalam setiap variabel dibagi lagi menjadi tigasemi variabel yang akan mempengaruhi perubahan shading, yaitu rendah, normal dan tinggi. Dengan ini diharapkan di setiap perubahan parameter maka juga akan mempengaruhi perubahan dari status
shading yang ada, seperti normal shading,
middle shadingdan cell shading, yang juga digunakan sebagai output.
Gambar 3.13: Logika Fuzzy untuk Cell
Shading.
Dalam penelitian ini variabel keadaan didefinisikan mempunyai nilai interval antara 0 sampai 100. Dan variabel keadaan ini mempunyai variabel linguistik rendah, sedang dan tinggi.
Fungsi keanggotaannya ditunjukkan dalam gambar 3.13 representasi grafik segitiga pada gambar dibawah ini. Variabel rendah (R) mempunyai nilai interval antara 0 sampai 30. Untuk sedang (S) nilai intervalnya antara 20 sampai 70. Sedangkan untuk variabel tinggi (T) mempunyai nilai interval antara 60 sampai 100.
Gambar 3.14: Desain fuzzy untuk
Derajat segitiga yang diperoleh dari input setiap variabel pada reflection adalah seperti pada gambar 3.15.
Gambar 3.15: Derajat keanggotaan segitiga
input reflection.
Tabel 3.2. Variabel linguistik input reflection.
Variabel Notasi Nilai
R Rendah 0-30
S Sedang 20-70
T Tinggi 60-100
Untuk semua variabel memiliki mempunyai nilai linguistik yang sama, yaitu :
rendah, sedang dan tinggi. Variabel input ditetapkan intervalnya antara 0 sampai 100. Untuk rendah (R) mempunai nilai interval 0 sampai 30. Dan sedang (S) ditetapkan interval antara 20 sampai 70. Sedangkan tinggi (T) mempunyai nilai interval antara 60 sampai 100. Masing-masing ditetapkan fungsi keanggotaannya adalah segitiga.
Gambar 3.16: Derajat keanggotaan segitiga
input size.
Tabel 3.3. variable linguistik input size.
Variabel Notasi Nilai
R Rendah 0-40
S Sedang 20-70
T Tinggi 60-100
Gambar 3.17: Derajat keanggotaan segitiga
input specular.
Tabel 3.4. Variabel linguistik input specular.
Variabel Notasi Nilai
R Rendah 0-50
S Sedang 30-70
T Tinggi 50-100
Gambar 3.18: Derajat keanggotaan segitiga
input smooth.
Tabel 3.5. Variabel linguistik input smooth.
Variabel Notasi Nilai
R Rendah 0-50
S Sedang 30-70
T Tinggi 50-100
Gambar 3.19 Derajat keanggotaan segitiga
output.
Tabel 3.6. Variabel linguistik output. Variabel Notasi Nilai
N Rendah 0-30
M Sedang 20-70
C Tinggi 60-100
Setiap variabel yang telah ditentukan range-nya di inputkan nilainya untuk memperoleh parameternya. Setelah setiap nilai ditentukan maka ditentukan juga nilai untuk output-nya sehingga dapat
diperoleh hasil dari perubahan gradasi
shading.
6. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Variabel yang paling berpengaruh terhadap perubahan shading adalah
smooth, karena Cell Shadingsangat sedikit membutuhkan smooth sehingga dapat terlihat lebih flat.
2. Penambahan specular akan
mempengaruhi warna dari obyek tiga dimensi, semakin besar nilai parameter yang diberikan, maka akan semakin terang hasil render yang dihasilkan.
3. Size mempengaruhi besarnya tingkat
gradasi dari shading, sehingga semakin besar nilai yang diberikan akan membuat beberapa level warna pada shading.
4. Untuk dapat menghasilkan
perubahan shading yang lebih halus perlu ditambahkan beberapa output lagi pada logika Fuzzy nya.
5. Semakin besar tingkat atau nilai parameter yang diberikan pada obyek akan mempengaruhi kecepatan proses
render, sehingga gambar yang muncul
terkesan tersendat-sendat (lambat). Dalam penelitian ini dihasilkan bahwa hasil render pada 30 fps dengan menggunakan teknik
Cell Shading akan mengalami penurunan kecepatan sebesar 60 %.
Dengan adanya Augmented Reality
(AR) semakin mendekatkan manusia dengan teknologi. Dunia nyata dan dunia virtual dipertemukan dalam dunia superimpose yang disebut dengan
Augmented Reality (AR).
Augmented Reality (AR) dengan menggunakan teknik Non-Photorealistic
Rendering (NPR) memiliki tingkat kontras yang tinggi dan memiliki kemampuan
dibandingkan dengan model tiga dimensi yang realis.
7. Daftar Pustaka
AGUSANTO, K., LI, L., CHUANGUI, Z., AND SING, N. W. 2003.Photorealistic Rendering For Augmented Reality Using Environment Illumination. In IEEE/ ACM International
Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003), IEEE Computer
Society, 208 216.
BIMBER, O., GRUNDHOEFER, A., WETZSTEIN, G., ANDKNOEDEL, S. 2003. Consistent Illumination Within Optical Seethrough Augmented Environments. In
IEEE/ ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003) ,IEEE Computer Society, 198 207.
CROW, F. 1977. Shadow Algorithms for Computer Graphics. In
Proceedings of SIGGRAPH 77, 242 248.
CURTIS, C. J., ANDERSON, S. E., SEIMS, J. E., FLEISCHER,K. W., AND SALESIN, D. H. 1997. Computer-Generated Watercolor.
In Proceedings of SIGGRAPH 7, 421 430. DIETRICH, S. 2000. Cartoon rendering and advanced texture features of the geforce 256 texture matrix, projective textures, cube maps, texture coordinate generation and dotproduct 3 texture blending. Tech. rep., nVIDIA.
