ANIMASI OBYEK TIGA DIMENSI DENGAN TEKNIK NON-PHOTOREALISTIC RENDERING UNTUK AUGMENTED REALITY MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY

Transkripsi

1 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 keyboard dan 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 1 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 (AR) dalammemvisualisasikan teknik Cell Shading dalam lingkungan nyata.

2 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 bendabenda 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, augmented dan 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 seakanakan ada di dunia nyata dan terlihat asli. 2

3 Gambar 2.5 : Menunjukan bentuk dari dunia Augmented Reality (AR). Gambar 2.6 : Input dalam antarmuka. dan output 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 adanya Augmented Reality (AR), game akan lebih komunikatif dan natural. 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 based augmented reality, dimana diperlukan sebuah atau multi marker untuk dapat menampilkan obyek 3

4 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 fuzzy terdapat 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; (defuzzification), yang mengubah besaran fuzzy hasil dari inference engine, menjadi besaran tegas (crisp) Fuzzy Membership Istilah fuzzy logic memiliki berbagai arti. Salah satu arti fuzzy logic adalah perluasan crisp logic, sehingga dapat mempunyai nilai antara 0 sampai 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 tiga semi 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 shading dan cell shading, yang juga digunakan sebagai output. 4. Proses defuzzifikasi 4

5 Derajat segitiga yang diperoleh dari input setiap variabel pada reflection adalah seperti pada gambar Gambar 3.15: Derajat keanggotaan segitiga input reflection. 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. Tabel 3.2. Variabel linguistik input reflection. R Rendah 0-30 S Sedang T Tinggi 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 3.14: Desain fuzzy untuk menghasilkan Cell Shading. 5

6 Gambar 3.16: Derajat keanggotaan segitiga input size. Tabel 3.3. variable linguistik input size. R Rendah 0-40 S Sedang T Tinggi Gambar 3.18: Derajat keanggotaan segitiga input smooth. Tabel 3.5. Variabel linguistik input smooth. R Rendah 0-50 S Sedang T Tinggi Gambar 3.17: Derajat keanggotaan segitiga input specular. Tabel 3.4. Variabel linguistik input specular. R Rendah 0-50 S Sedang T Tinggi Gambar 3.19 Derajat keanggotaan segitiga output. Tabel 3.6. Variabel linguistik output. N Rendah 0-30 M Sedang C Tinggi 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 6

7 diperoleh hasil dari perubahan gradasi shading. 6. Dari penelitian Kesimpulan yang telah dilakukan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Variabel yang paling berpengaruh terhadap perubahan shading adalah smooth, karena Cell Shading sangat 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 untuk lebih menarik perhatian 7 dibandingkan dengan model tiga dimensi yang realis. AGUSANTO, 7. Daftar K., Pustaka LI, L., CHUANGUI, Z., AND SING, N. W Photorealistic Rendering For Augmented Reality Using Environment Illumination. In IEEE/ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003), IEEE Computer Society, BIMBER, O., GRUNDHOEFER, A., WETZSTEIN, G., ANDKNOEDEL, S Consistent Illumination Within Optical Seethrough Augmented Environments. In IEEE/ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003),IEEE Computer Society, CROW, F Shadow Algorithms for Computer Graphics. In Proceedings of SIGGRAPH 77, CURTIS, C. J., ANDERSON, S. E., SEIMS, J. E., FLEISCHER, K. W., AND SALESIN, D. H Computer-Generated Watercolor. In Proceedings of SIGGRAPH 7, DIETRICH, S 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.