Desain Augmented Reality Origami Berbasis Logika Fuzzy

Transkripsi

1 Desain Augmented Reality Origami Berbasis Logika Fuzzy Cacik Suci Astuti 1, Mochammad Hariadi 2, Christyowidiasmoro 3 Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia cacik_its@yahoo.com Abstrak Seni melipat kertas merupakan hal yang menyenangkan bagi anak-anak. Mereka dapat membuat sesuatu yang diinginkan melalui selembar kertas. Berbagai cara dilakukan untuk mempelajari origami yaitu menggunakan animasi, diagram dan bantuan seorang guru. Dengan menggunakan animasi dan diagram origami, anak akan dituntun melipat langkah demi langkah pelipatan akan tetapi tidak ada koreksi terhadap kesalahan pelipatan yang dilakukan oleh anak. Pembelajaran origami dengan bantuan seorang guru terdapat interaksi antara guru dan murid sehingga terdapat koreksi terhadap kesalahan. Oleh karena itu diperlukan suatu teknologi yang dapat membantu untuk mempelajari origami. Teknologi yang dapat menyelesaikan permasalahan tersebut adalah Augmented Reality. Teknologi Augmented Reality mampu menggabungkan objek virtual dengan realita, serta memungkinkan user dapat melakukan interaksi secara natural diantara kedua objek. Perkembangan Augmented Reality selama ini hanya menampilkan objek 3D diatas marker, sedangkan teknologi yang diperlukan adalah teknologi yang bisa mengoreksi kesalahan. Oleh karena itu Teknologi Augmented Reality perlu dimodifikasi dengan logika fuzzy. Sistem logika fuzzy dapat menunjukkan sejauh mana suatu nilai benar dan sejauh mana suatu nilai salah sehingga dapat mengoreksi kesalahan. Penelitian Augmented Reality origami ini menerapkan teknologi Augmented Reality berbasis logika fuzzy. Anak akan melipat kertas dan meletakkan di dalam bingkai hitam. Kamera melakukan capture terhadap objek. Sistem akan menghitung kesalahan pelipatan. Kesalahan merupakan selisih antara pelipatan user dan pelipatan yang benar. Fuzzy menampilkan animasi selanjutnya berdasarkan tingkat kesalahan. Dari hasil percobaan tingkat kesalahan sampai dengan 29% dianggap bahwa pelipatan dilakukan benar. Untuk memperkecil tingkat kesalahan tersebut perlu dipelajari kemungkinan pengolahan menggunakan citra biner. Kata kunci : Origami, Augmented Reality, logika fuzzy 1. Pendahuluan Dalam mempelajari origami banyak cara yang dapat dilakukan, baik secara langsung belajar pada yang ahli atau dengan belajar otodidak melalui diagram atau dengan melihat video tutorialnya. Dengan belajar secara langsung maka terdapat berinteraksi secara langsung dan adanya timbal balik antara guru dan murid, sedangkan bila belajar origami dilakukan dengan menggunakan CD tutorial atau menggunakan diagram maka harus bisa menyelesaikan sendiri permasalahan yang dihadapi dalam menjalankan langkah-langkah yang harus dilakukan dalam pembuatan origami. Dengan perkembangan teknologi muncullah teknologi baru yaitu Augmented Reality, yang merupakan variasi lain dari realitas virtual. (Azuma.T.Ronald)Teknologi realitas virtual membawa kepada pengguna ke dalam lingkungan sintetis. Ketika masuk dalam dunia buatan itu, pengguna tidak dapat mengenali lingkungan nyata di sekitarnya. Teknologi augmented reality (AR) telah banyak dipergunakan dan dikembangkan untuk membantu dalam membuat sistem yang interaktif dengan tujuan tertentu, antara lain salah satunya adalah sebagai alat bantu perancangan pembelajaran. Teknologi Augmented Reality juga akan dapat dimanfaatkan untuk membantu pembuatan aplikasi pembelajaran origami dimana anak-anak yang akan bermain origami dapat belajar sendiri dan mengetahui langkah-langkah yang akan dilaksanakan melalui animasi 3D dan dikoreksi apabila terjadi kesalahan dengan peringatan yang dimunculkan dalam bentuk animasi yang disesuaikan dengan besar kecilnya kesalahan dengan metode logika fuzzy. 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Origami Istilah origami berasal dari bahasa jepang yakni oru yang berarti melipat dan kami yang berarti kertas. Jadi arti origami adalah melipat kertas. Keindahan seni dari origami terdapat pada cara melipat-lipat kertas sehingga menghasilkan suatu bentuk yang menyerupai hewan, bunga, ornamen hiasan dan sebagainya. Di Jepang, origami semula menggunakan kertas berbentuk bujur sangkar dengan warna berbeda di kedua sisinya (origami). 1

2 Dengan menyebarnya origami di 2.3 Logika Fuzzy seluruh dunia, teknik pembuatan origami juga ikut berkembang. Selain dari melipat, origami modern juga memakai teknik menggunting dan melem. Adapun kertas yang digunakan juga bebas dipilih dengan bentuk dasar kertas tidak Aplikasi yang menggunakan logika fuzzy, selalu identik dengan pengendalian fuzzy. Walaupun sebenarnya aplikasi itu tergolong dalam klasifikasi fuzzy atau diagnosis fuzzy. Kejadian ini bukanlah masalah yang dominan berupa bujursangkar saja tetapi juga dan pelik dalam sistem fuzzy, karena istilah persegipanjang, lingkaran, segitiga atau bentuk lainnya. "fuzzy" sebenarnya sudah kabur dan sering disamakan dengan istilah-istilah yang ada pada Dasar origami cukup sederhana karena hanya teori himpunan fuzzy, topologi fuzzy, atau dalam terdiri dari beberapa lipatan dasar. Lipatan-lipatan dasar pengertian yang lebih sempit lagi sering disebut tersebut lalu dikombinasikan sehingga menjadi desain sebagai approximate reasoning dalam logika tertentu. Berbagai model dari yang mudah hingga rumit, keputusan (AlbertT. ZebuaWahidin, 1995). dari yang sederhana hingga atraktif dapat dibuat dengan Sistem inferensi fuzzy menggunakan origami metode Sugeno, memiliki karakteristik yaitu Latihan membuat origami dapat Anda lakukan konsekuen tidak merupakan himpunan fuzzy, kapan saja karena hanya memerlukan bahan kertas yang namun merupakan suatu persamaan linier dengan sangat mudah ditemukan di sekitar kita. Untuk berlatih variabel-variabel sesuai dengan variabel-variabel anda dapat dilakukan berbagai cara yaitu dengan masukannya. Metode ini diperkenalkan oleh menggunakan animasi, diagram origami maupun belajar Takagi-Sugeno Kang pada tahun Format langsung dari guru origami aturan fuzzy Sugeno-model adalah: If x is A and y is B then f(x, y) Dimana x, y, dan z adalah variabel linguistik. A dan B adalah membership fungtion fuzzy pada suatu himpunan X dan Y. Begitu pula f(x,y) adalah fungsi matematika (NegnevitskyMichael, 2002). Ada dua model untuk sistem inferensi fuzzy dengan menggunakan metode TSK, yaitu model TSK orde 0 dan model TSK orde Model Fuzzy Sugeno Orde 0 Secara umum bentuk model fuzzy Sugeno orde 0 didapatkan f(x,y) adalah konstan, setiap rule pada model ini dispesifikasikan dengan fuzzy singletone (J.S.R Jang Dkk, 1997). Bentuk dari model Fuzzy Sugeno Orde 0 adalah : Jika x adalah A Dan y adalah B Maka z adalah k Dimana k adalah sebuah konstanta (NegnevitskyMichael, 2002). 2. Model Fuzzy Sugeno Orde 1 Secara umum bentuk model fuzzy Sugeno orde 1 didapatkan f(x,y) adalah orde satu polinomial. 2.2 Teknologi Augmented Reality Augmented reality (AR) adalah sebuah istilah untuk lingkungan yang menggabungkan dunia nyata dan dunia virtual serta dibuat oleh komputer sehingga batas antara keduanya menjadi sangat tipis. Ronald T Azuma (1997) mendefinisikan Augmented Reality sebagai sistem yang memiliki karakteristik sebagai berikut: Menggabungkan lingkungan nyata dan virtual Berjalan secara interaktif dalam waktu nyata Integrasi dalam tiga dimensi (3D) Augmented Reality (AR) banyak digunakan dalam bidang-bidang seperti kesehatan, militer, industri manufaktur dan juga telah diaplikasikan dalam perangkat-perangkat yang digunakan orang. Tabel 2.1 Tabel pengembangan ARToolkit 1. Inisialisasi penangkapan Inisialisasi video dan pembacaan file pola marker dan kamera parameter. 2. Menangkap frame input video. Loop 3. Deteksi marker dan Utama pengenalan pola pada frame input video. 4. Menghitung transformasi relative pada pola yang sudah terdeteksi. 5. Menggambar objek virtual pada pola yang telah terdeteksi. Shutdown 6. Tutup video capture 3 Augmented Reality Origami 3.1 Deskripsi Augmented Reality Origami Pada prinsipnya, Augmented Reality Origami yang akan dirancang yang akan didukung oleh suatu perangkat keras yang berupa meja untuk menempatkan kertas origami, monitor dan webcam. Aplikasi ini selanjutnya diisi konten animasi yang didalamnya berisi animasi mengenai langkah-langkah pembuatan salah satu contoh origami (ikan mas) dan koreksi 2

3 atas kesalahan user ketika melakukan pelipatan dengan menampilkan animasi yang disesuaikan dengan tingkat kesalahan yang dilakukan berbasis logika fuzzy. Untuk target interaktif, Origami Augmented Reality ini tidak menggunakan marker khusus, kertas origami dengan berbagai ukuran dan model pelipatan digunakan sebagai marker yang bisa menentukan urutan pelipatan kertas. Pada awalnya dibuat marker terlebih dahulu dari kertas origami yang dimasukkan ke dalam bingkai. Kertas origami mempunyai berbagai macam ukuran mulai dari 2,5 cm x 2,5 cm sampai 25 cm x 25 cm. Bila menggunakan kertas yang berukuran besar maka bingkai yang dibutuhkan juga semakin besar. Untuk pengujian marker digunakan bingkai dengan lebar 30 cm x 30 cm sehingga kertas origami yang digunakan di dalam bingkai ukurannnya 16 cm x 16 cm. Dibawah ini adalah proses pembuatan markernya: Gambar 2.1 Pembuatan marker Disini untuk semua langkah dalam pelipatan pembuatan ikan mas ditaruh di dalam bingkai. Sehingga hasilnya adalah sebagai berikut : Dalam pendeteksian kesalahan digunakan logika fuzzy. Crisp input perbedaan antara gambar marker yang benar dengan gambar marker inputan tersebut bisa berbagai macam masukan mulai dari tingkat kesalahan yang paling kecil = 0 sampai tingkat kesalahan 100%. Membership Function (MF) untuk tingkat kesalahan ada 3 yaitu kecil, sedang dan besar seperti gambar. Gambar 2.4 Membership funtion input fuzzy Sedangkan Crisp output dari sistem logika fuzzy yang dibuat ini adalah besar kecilnya tampilan animasi peringatan (warning) terhadap kesalahan pelipatan yang dilakukan oleh user. Untuk MF outputnya dibuat single tone untuk mempermudah perhitungan output, tetapi tetap handal dalam implementasiannya. Output nya mempunyai aturan sebagai berikut: Jika output rendah = 1 Jika output salah sedang = 1 Jika output salah tinggi = 1 Gambar 2.2 Marker-marker pelipatan ikan mas 3.1 Pendeteksian Kesalahan Pelipatan Untuk kesalahan pelipatan yang dilakukan oleh user secara otomatis sistem tidak bisa menampilkan animasi dari langkah pelipatan selanjutnya. Peringatan yang dilakukan karena kesalahan tersebut berhubungan dengan seberapa besar kesalahan yang dilakukan yaitu dengan menghitung perbedaan jumlah pixel dari selisih antara gambar marker awal dengan inputan berupa marker yang akan dibandingkan. Semakin besar selisihnya maka animasi peringatan yang diberikan oleh sistem juga semakin besar. Untuk mencari selisihnya bisa dilihat pada gambar berikut ini: Gambar 2.5 Membership function output fuzzy Sistem inferensi fuzzy yang digunakan adalah metode Sugeno. Karakteristik metode Sugeno yaitu konsekuen,yaitu bukan merupakan himpunan fuzzy. Metode Sugeno merupakan suatu persamaan linier dengan variabel-variabel sesuai dengan variabel-variabel masukannya. Sistem logika fuzzy secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 2.6. Gambar 2.3 Proses pencarian selisih pixel 3

4 Fungsi keanggotaan masukan : Basis Aturan : Jika % kesalahan (0-15)% = benar, maka output berupa tulisan benar Jika % kesalahan (10-75)% = salah sedang, maka output berupa tulisan sedang" Jika % kesalahan (50-75)% = salah tinggi, maka output berupa tulisan tinggi Fungsi keanggotaan keluaran : Masukan crisp Fuzzifikasi Masukan fuzzy Evaluasi aturan (inference) Keluaran fuzzy Defuzzifikasi Keluaran crisp Gambar 2.6 Sistem inferensi fuzzy 3.2 Pengujian Augmented Reality Origami Pengujian sistem dilakukan untuk menguji tiap-tiap state diagram lipatan apakah dapat dideteksi dengan baik oleh ARToolkit. Pengujian juga dilakukan apakah sistem logika fuzzy yang dibuat dalam tahapan-tahapan origami dapat berjalan sesuai yang diharapkan. Untuk scenario Augmented Reality Origami seperti gambar 2.8 Start Kertas origami dilipat Deteksi marker Lipatan kertas origami berada di dalam kotak hitam Gambar 2.8 langkah langkahnya adalah sebagai berikut: 1. Objek /kertas origami dilipat sesuai dengan tahapan pelipatan, kecuali marker kotak. 2. Objek ditempatkan di dalam bingkai kotak hitam. 3. Marker dideteksi dan ditanggkap oleh kamera. 4. Sistem menghitung error antara objek yang benar dan objek yang dilipat. 5. Hasil nilai error digunakan sebagai crisp input dalam logika fuzzy. Logika fuzzy menghasilkan keluaran nilai benar, salah sedang dan salah tinggi. a. Benar ARToolkit mendeteksi objek dalam frame sebagai marker jika crisp input logika fuzzy nya 0-15% kesalahan. b. Salah ARToolkit tidak bisa mendeteksi objek dalam frame sebagai marker. Dan disini nanti dalam fuzzy akan dibagi menjadi 2 yaitu kesalahan Marker ditangkap kamera Augmented Reality Sistem akan menghitung selisih nilai pixel Objek 3D ditampilkan berupa animasi langkah melipat sebelumnya Marker tidak bisa dideteksi Salah Chek point Sistem logika fuzzy Finish Objek 3D ditampilkan berupa animasi langkah melipat selanjutnya Render Objek 3D Marker bisa dideteksi Benar Logika Fuzzy Gambar 2.7 Gambar 2.8 Desain sistem Augmented Reality origami Gambar 2.9 Hasil Pengujian Augmented Reality Origami 3.3 Kendala saat pengujian Selama masa pengujian marker terdapat beberapa permasalahan yang dirasakan cukup mengganggu diantaranya adalah: 1. Posisi kamera Perbedaan sudut pandang terhadap marker mempengaruhi ketidakakuratan jarak antara sumbu X,Y,Z, Selain itu jarak kamera juga berpengaruh, semakin jauh jarak kamera maka ketidakakuratan untuk sumbu X dan Y juga semakin besar. Begitu pula jika kamera semakin dekat maka sistem akan menampilkan animasi dalam ukuran besar sehingga hasilnya tidak optimal. 2. Deteksi marker Proses pendeteksian marker yang penulis 4

5 soroti adalah pendeteksian marker yang rawan terjadi salah pembacaan terhadap sistem. Marker kotak sangat tidak efektif bila dijadikan marker. Karena banyak marker lain yang dikenali sehingga yang di tampilkan adalah animasi dari marker kotak. 3. Pencahayaan Karena yang digunakan sebagai sumber cahaya adalah lampu maka sumber cahaya tersebut sering membuat marker hitam memantulkan cahaya. Sehingga sistem tidak bisa menampilkan annimasinya. Marker yang baik adalah marker yang tidak memantulkan cahaya agar pengenalanya sempurna. 4. Jenis kertas lipat 5. Ketepatan dalam pelipatan Jika langkah yang dilakukan salah/ kesalahan melipat maka lipatan tersebut tidak akan dikenali. Bahkan kadang marker tersebut akan dikenali sebagai marker yang lain. 6. Peletakan kertas lipat di atas bingkai Kertas lipat yang diletakkan menutupi tepi bagian dalam bingkai atau posisi yang sangat berbeda dari pola nya akan sulit di deteksi oleh ARToolkit. 4 Kesimpulan Dari penelitian ini dihasilkan bahwa marker dari kertas origami yang dimasukkan dalam bingkai bisa digunakan untuk menentukan langkah-langkah dalam pembuatan origami. Nilai fuzzyness untuk sistem sudah sesuai, tetapi pada tingkat error antara 15% sampai 29% Augmented Reality masih menampilkan animasi selanjutnya. Interface Technolohy Labroratory University Of washington. Jang J.S.R., S. C. (1997). Neuro Fuzzy and Soft Computing. New Jersey: Prentice-Hall. Kinoshita Yasuhiro, W. T. (2010). Estimation Of Folding Operation Using silhouete of origami. IAENG International Journal of Computer Science. Media pembelajaran. (2003). Jakarta: Jurusan Kurikulum dan Teknologi Pendidikan Universitas Pendidikan Indonesia. Networks, R. (2008, agustus 24). Dunia Anak. Retrieved July 4, 2011, from Negnevitsky, M. (2002). Atifificial Intelegence. England: Pearson Education Limited. origami. (n.d.). Retrieved 1 30, 2012, from e- dukasi.net: 20Belajar/Pengetahuan%20Populer/view&id=58 &uniq=all Paul Milgram, F. K. (1994). a Taxonomy Of Mixed Reality Visual Displays. IEICE Transactionson Information Systems. wikipedia. (n.d.). Retrieved december 30, 2011, from wikipedia: Zhu, K. (n.d.). Origami Recognition system Using Natural Feature Tracking. 5 Pustaka AlbertT. Zebua, W. W. (1995, april). Elektro Indonesia. Retrieved december 30, 2011, from ARToolkit Web Page.(n.d.). Retrieved july 1, 2011, from mentation/images/diagram.jpg Azuma, R. (1997). A Survey of Augmented Reality. H Kato, M. B. (2000). A Software Library For Augmented Reality Applications. Human 5