Pendahuluan. Pengantar Grafika 3D. Primitif 3D. Sistem Koordinat 3D 12/7/2011

Transkripsi

1 /7/0 Pengantar Grafika 3D Pendahuluan Grafika Komputer dalam aplikasina terbagi menjadi : Grafika D Grafika 3D Aplikasi D banak dipakai dalam pembuatan grafik, peta, kreasi D ang banak membantu pemakai dalam membuat visualisasi. Grafika D memiliki kekurangan, aitu : ketidakmampuanna untuk merepresentasikan objek 3D. Kekurangan ini sangat dirasakan terutama dalam bidang desain, dimana kebanakan desainer membuat barang ang ada dalam dunia nata ang berdimensi 3. Grafika 3D memiliki kemampuan untuk membuat visualisasi dari sebuah benda ang nata ang dapat dilihat dari berbagai sudut pandang. Hal inilah ang membuat grafika 3D banak dipakai terutama dalam bidang desain dari sebuah produk. Dosen Pembina Sriani Violina Danang Junaedi Sistem Koordinat 3D Primitif 3D +z + Right-handed + Sumbu X diwakili oleh jari telunjuk Sumbu Y diwakili oleh jempol Sumbu Z diwakili oleh jari tengah + +z Left-handed + Dalam dunia 3D terdapat beberapa primitif seperti : Titik (point) Garis (line) Bidang/Permukaan (plane/surface) Bola (sphere) Kubus(cube) Silinder (clinder) Kerucut (cone) Cincin (torus) dll 3 4

2 /7/0 Primitif 3D Titik Posisi sebuah titik dalam grafika 3D diekspresikan dengan (,,z) Garis Sebuah garis dibentuk dengan mendeskripsikan dua buah titik, aitu (,,z) dan (,,z) ang sebagai ujung dari sebuah garis. Sebuah garis dalam grafika 3D dapat diekspresikan dengan sepasang persamaan, aitu: z z = z z = Primitif 3D Bidang Pada grafika 3D, terdapat sebuah geometri ang sangat penting, aitu bidang datar (plane). Sebuah bidang datar pada grafika 3D dispesifikasikan dengan sebuah persamaan, aitu: A + B + Cz + D = Untuk merepresentasikan object 3D : Persamaan Geometri Constructive Solid Geometr (CSG) Kurva & Permukaan Bezier Lathe Object Fractal Dengan Persamaan Geometri Suatu obek 3D dapat direpresentasikan langsung dengan menggunakan persamaan geometri dari obek tersebut. Bola dapat dideskripsikan melalui persamaan berikut : X + Y + Z = R atau (lihat slide berikutna) 7 8

3 /7/0 = r.sinφ.sinθ ;0 Φ π = r.sinφ.cosθ ;- π θ π z = r.cosφ z Φ Dengan Persamaan Geometri Ellipsoid Permukaan ellips dapat dideskripsikan melalui persamaan berikut : r + r + z rz = θ Cincin Cincin atau torus dapat didefinisikan sebagai r r + r = 9 0 Dengan Constructive Solid Geometr (CSG) CSG adalah suatu cara membentuk object dengan jalan menggabungkan atau memotong(mengurangi) dari beberapa object primitif 3D. CSG dalam POV-Ra melibatkan :. difference. union 3. Intersect Software bisa di-download di url : Dengan CSG cont. Contoh : Object Object 3

4 /7/0 Dengan CSG cont. Contoh : Object Object Object 3 Kurva & Permukaan Bezier Object 5 = Object Object Object 6 = Object 5 + Object Lathe Object Lathe Object - cont Linear Spline Quadratic Spline Cubic Spline Bezier Spline 5 6 4

5 /7/0 Dengan Fractal Proses untuk menghasilkan sebuah citra D dari data 3D. Proses ini bertujuan untuk untuk memberikan visualisasi pada user mengenai data 3D tersebut melalui monitor atau pencetak ang hana dapat menampilkan data D Metode rendering ang paling sederhana dalam grafika 3D :. Wireframe rendering. Hidden Line 3. Shaded 7 8 Wireframe rendering Yaitu Objek 3D dideskripsikan sebagai objek tanpa permukaan. Pada wireframe rendering, sebuah objek dibentuk hana terlihat garis-garis ang menggambarkan sisi-sisi edges dari sebuah objek. Metode ini dapat dilakukan oleh sebuah komputer dengan sangat cepat, hana kelemahanna adalah tidak adana permukaan, sehingga sebuah objek terlihat tranparent. Sehingga sering terjadi kesalahpahaman antara siss depan dan sisi belakang dari sebuah objek Hidden Line Metode ini menggunakan fakta bahwa dalam sebuah objek, terdapat permukaan ang tidak terlihat atau permukaan ang tertutup oleh permukaan lainna. Dengan metode ini, sebuah objek masih direpresentasikan dengan garisgaris ang mewakili sisi dari objek, tapi beberapa garis tidak terlihat karena adana permukaan ang menghalangina. Metode ini lebih lambat dari dari wireframe rendering, tapi masih dikatakan relatif cepat. Kelemahan metode ini adalah tidak terlihatna karakteristik permukaan dari objek tersebut, seperti warna, kilauan (shininess), tekstur, pencahaaan, dll

6 /7/0 Shaded Pada metode ini, komputer diharuskan untuk melakukan berbagai perhitungan baik pencahaaan, karakteristik permukaan, shadow casting, dll. Metode ini menghasilkan citra ang sangat realistik, tetapi kelemahanna adalah lama waktu rendering ang dibutuhkan. Secara umum, proses untuk menghasilkan rendering dua dimensi dari objek-objek 3D melibatkan 5 komponen utama : Geometri Kamera Cahaa Karakteristik Permukaan Algoritma Geometri + Kamera Cahaa + + Karakteristik + Permukaan Algoritma Citra Kamera Dalam grafika 3D, sudut pandang (point of view) adalah bagian dari kamera. Kamera dalam grafika 3D biasana tidak didefinisikan secara fisik, namun hana untuk menentukan sudut pandang kita pada sebuah world, sehingga sering disebut virtual camera. Sebuah kamera dipengaruhi oleh dua buah faktor penting. Faktor pertama adalah lokasi (camera location). Lokasi sebuah kamera ditentukan dengan sebuah titik (,,z). Faktor kedua adalah arah pandang kamera. Arah pandang kamera ditunjukkan dengan sebuah sistem ang disebut sistem koordinat acuan pandang atau sistem (U,N,V). Arah pandang kamera sangat penting dalam membuat sebuah citra, karena letak dan arah pandang kamera menentukan apa ang terlihat oleh sebuah kamera. Penentuan apa ang dilihat oleh kamera biasana ditentukan dengan sebuah titik (,,z) ang disebut camera interest. Kamera Pada kamera, dikenal field of view aitu daerah ang terlihat oleh sebuah kamera. Field of view pada grafika 3D berbentuk piramid, karena laar monitor sebuah komputer berbentuk segiempat. Objek-objek ang berada dalam field of view ini akan terlihat dari laar monitor, sedang objek-objek ang berada di luar field of view ini tidak terlihat pada laar monitor. Field of view ini sangat penting dalam pemilihan objek ang akan diproses dalam rendering. Objek-objek diluar field of view biasana tidak akan diperhitungkan, sehingga perhitungan dalam proses rendering, tidak perlu dilakukan pada seluruh objek

7 /7/0 Cahaa Sumber cahaa pada grafika 3D merupakan sebuah objek ang penting, karena dengan cahaa ini sebuah world dapat terlihat dan dapat dilakukan proses rendering. Sumber cahaa ini juga membuat sebuah world menjadi lebih realistis dengan adana baangan dari objek-objek 3D ang ada. Sebuah sumber cahaa memiliki jenis. Pada grafika 3D dikenal beberapa macam sumber cahaa, aitu : Point light Spotlight Ambient light Area light Directional light Parallel point Cahaa point light memancar ke segala arah, namun intensitas cahaa ang diterima objek bergantung dari posisi sumber cahaa. Tipe ini mirip seperti lampu pijar dalam dunia nata. spotlight memancarkan cahaa ke daerah tertentu dalam bentuk kerucut. Sumber cahaa terletak pada puncak kerucut. Hana objek-objek ang terletak pada daerah kerucut tersebut ang akan nampak. ambient light cahaa latar/alam. Cahaa ini diterima dengan intensitas ang sama oleh setiap permukaan pada benda. Cahaa latar tersebut dimodelkan mengikuti apa ang terjadi di alam, diaman dalam keadaan tanpa sumber cahaa sekalipun, benda masih dapat dilihat. area light directional light memancarkan cahaa dengan intensitas sama ke suatu arah tertentu. Letak tidak mempengaruhi intensitas cahaana. Tipe ini dapat menimbulkan efek seolah-olah sumber cahaa berada sangat jauh dari objek parallel point sama dengan directional, hana pencahaaan ini memiliki arah dan posisi. 5 6 Cahaa Model dari pencahaaan, dipakai untuk menghitung intensitas dari cahaa ang terlihat dari setiap posisi pada setiap permukaan benda ang terlihat oleh kamera. Ketika melihat sebuah benda, terlihat cahaa ang dipantulkan dari permukaan benda, dimana cahaa ini merupakan intregrasi dari sumber-sumber cahaa serta cahaa ang berasal dari pantulan cahaa permukaan-permukaan ang lain. Karena itu benda-benda ang tidak langsung menerima cahaa dari sumber cahaa, masih mungkin terlihat bila menerima cahaa pantulan ang cukup dari benda didekatna. Model sederhana dari sumber cahaa adalah sebuah titik sumber, dimana dari titik ini cahaa dipancarkan. Perhitungan pencahaaan bergantung pada sifat dari permukaan ang terkena cahaa, kondisi dari cahaa latar serta spesifikasi sumber cahaa. Cahaa Semua sumber cahaa dimodelkan sebagai sumber titik ang dispesifikasikan dengan : Lokasi Lokasi (,,z) dari sebuah sumber cahaa akan menentukan pengaruhna terhadap sebuah objek. Intensitas Intensitas cahaa menatakan kekuatan cahaa ang dipancarkan oleh sebuah sumber cahaa. Parameter ini merupakan angka, ang biasana makin besar nilaina, makin terang sumber cahaa tersebut. Warna Warna cahaa dari sumber ini akan mempengaruhi warna dari sebuah objek, jadi selain warna objek tersebut warna cahaa ang jatuh pada objek tersebut akan mempengaruhi warna pada rendering. Warna cahaa ini biasana terdiri dari 3 warna dasar grafika komputer, aitu: merah, hijau, biru atau lebih dikenal dengan RGB

8 /7/0 Karakteristik Permukaan Karakteristik permukaan dari sebuah objek adalah sifat dari permukaan sebuah objek. Karakteristik permukaan ini meliputi Warna Tekstur Sifat permukaan, seperti kekasaran (roughness), refleksifitas, diffuseness (jumlah cahaa ang dipantulkan oleh objek), transparansi, dan lain-lain. Parameter Warna dalam karakteristik permukaan direpresentasikan dengan tiga warna dasar, aitu RGB. Saat rendering, warna pada sebuah objek tergantung dari warna dalam karakteristik permukaan dan warna cahaa ang mengenaina. Jadi citra hasil rendering mungkin akan memiliki warna ang sedikit berbeda dengan warna objek tersebut. Karakteristik Permukaan Parameter tekstur direpresentasikan dengan sebuah nama file. File ini akan menjadi tekstur pada permukaan objek tersebut. Selain itu juga ada beberapa parameter dalam tekstur ang berguna untuk menentukan letak tekstur pada sebuah objek, sifat tekstur, perulangan tekstur, dan lain-lain. Sifat Permukaan, seperti diffuseness, refleksisifitas, dan lain-lain direpresentasikan dengan sebuah nilai. Nilai ini menentukan sifat dari parameter-parameter tersebut. Misalna pada roughness, makin besar nilai parameterna, makin kasar objek tersebut Algoritma Algoritma adalah prosedur ang digunakan oleh suatu program untuk mengerjakan perhitungan untuk menghasilkan citra D dari data 3D. Kebanakan algoritma rendering ang ada saat ini menggunakan pendekatan ang disebut scan-line rendering berarti program melihat dari setiap piel, satu per satu, secara horizontal dan menghitung warna di piel tersebut. Saat ini dikenal 3 algoritma :. Ra-Casting. Ra-Tracing 3. Radiosit Algoritma Ra-Casting Ra-Tracing Radiosit Menembakkan sinar untuk mengetahui warna dari cell Menggunakan metode sampling untuk menampilkan hasil Biasana dimodifikasi sesuai kebutuhan Memiliki konstrain geometrik tertentu Menelusuri sinar secara terbalik untuk mengetahui warna dari sebuah piel Tidak menggunakan sampling Membagi bidang menjadi bidang ang lebih kecil untuk menentukan warna Tidak menggunakan sampling Tidak dapat dimodifikasi Tidak dapat dimodifikasi Tidak Memiliki konstrain geometrik tertentu Tidak Memiliki konstrain geometrik tertentu Waktu rendering cepat Waktu rendering lambat Waktu rendering sangat lambat Digunakan untuk visualisasi secara cepat Dapat digunakan untuk outdoor dan in-door scene Hasil rendering kadang terlihat kotak-kotak Digunakan untuk visualiasi hasil akhir Dapat digunakan untuk outdoor dan in-door scene Hasil rendering sangat realistik Digunakan untuk visualiasi hasil akhir Biasana digunakan untuk in-door scene Hasil rendering sangat realistik 3 3 8