1.1 Latar belakang Di awal abad 21, perkembangan teknologi komputer grafis meningkat secara drastis sehingga mempermudah para akademisi dan industri

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Di awal abad 21, perkembangan teknologi komputer grafis meningkat secara drastis sehingga mempermudah para akademisi dan industri untuk mengembangkan pengetahuan mereka di dunia pemodelan benda-benda tiga dimensi. Salah satu bidang yang sedang ramai untuk dikembangkan adalah rekontruksi benda-benda tiga dimensi. Rekontruksi tiga dimensi adalah bagian yang sangat penting di dunia rekayasa teknik, khususnya di bidang akademik dan industri. Salah satu pemanfaatan teknologi rekontruksi tiga dimensi di dunia industri manufaktur adalah reverse engineering, yaitu suatu teknologi yang digunakan untuk merekontruksi geometri dari suatu benda. Pada penelitian ini dilakukan suatu kajian terhadap proses rekontruksi 3D menggunakan teknik photogammetry digital. Dengan menggunakan teknik ini, permukaan luar suatu objek dapat direkontruksikan menjadi model digital. Disini akan dilakukan analisis terhadap berbagai parameter yang berpengaruh terhadap hasil rekontruksi. Selain reverse engineering, rekontruksi 3D dapat pula digunakan pada bidang metrologi. Sebagai contoh, industri otomotif dapat merekontruksi ulang komponen-komponen yang telah dibuat dengan cepat dan akurat sehingga proses jaminan mutu dari komponen yang bersangkutan dapat dilakukan dengan cepat dan hemat biaya. Aplikasi rekontruksi 3D industri manufaktur pesawat terbang yaitu untuk memverifikasi bentuk pesawat terbang yang telah melalui tahap manufaktur dan perakitan terhadap bentuk pesawat yang terdapat pada tahap desain, seperti tampak pada gambar 1-1. Selain dimanfaatkan oleh industri-industri besar, teknologi reverse engineering ini juga dapat dinikmati oleh industri-industri kecil, yang di Indonesia populer dengan sebutan Usaha Kecil dan Menengah (UKM). Salah satu contoh pemanfaatan teknologi reverse engineering yang dapat dilakukan oleh UKM adalah pembuataan casing telepon selular. 1

2 Gambar 1-1 Rekontruksi tiga dimensi permukaan luar pesawat terbang [4]. Pesatnya perkembangan dunia komputer grafis di berbagai bidang memudahkan industri manufaktur untuk melakukan inovasi dan mendorong industri tersebut untuk merubah cara pandang mereka dalam melakukan pengembangan produk yang lebih efisien dan ekonomis. Perkembangan dunia pemodelan benda-benda tiga dimensi menggunakan komputer yang sangat berhubungan dengan dunia rekayasa teknik selain rekontruksi benda tiga dimensi adalah semakin majunya bidang CAD (Computer Aided Design) dan FEA (Finite Element Analysis). Para pelaku industri manufaktur dapat memanfaatkan kemajuan tersebut, dengan cara menggabungkan teknologi rekontruksi tiga dimensi, CAD, dan FEA membentuk suatu siklus kerja yang dapat bekerja secara simultan. Industri manufaktur yang akan memproduksi suatu komponen, tidak perlu mendesain dari awal. Mereka cukup menggunakan teknologi rekontruksi ini untuk meniru komponen yang telah ada. Hasil dari rekontruksi terhadap komponen tersebut diolah lebih lanjut, dengan memanfaatkan teknologi CAD dan FEA sehingga dapat dilakukan analisis dan perbaikan sesuai dengan keperluan. Rekontruksi tiga dimensi dari suatu benda dilakukan dengan cara mengukur beberapa koordinat titik pada permukaan benda tersebut di dalam ruang tiga dimensi. Secara garis besar, metode untuk mengetahui koordinat titik-titik tersebut dibagi menjadi dua, yaitu metode kontak langsung (contact approaches) [2] dan metode kontak tak langsung (noncontact approaches) [3] yang dijabarkan pada gambar 1.2 di bawah ini. 2

3 Gambar 1-2 Metode penentuan koordinat suatu titik [20]. Metode kontak langsung dilakukan dengan menggunakan probe atau laser yang lebih dikenal dengan nama Coordinate Measuring Machines (CMMs). Rekontruksi menggunakan metode kontak tak langsung dilakukan dengan cara mengolah beberapa gambar dua dimensi (image processing) dari suatu benda yang diambil dari berbagai sudut pandang (perspective). Gambar-gambar dua dimensi tersebut dihasilkan oleh kamera. Dapat kita perhatikan bahwa melakukan rekontruksi tiga dimensi menggunakan metode kontak langsung akan memerlukan biaya yang relatif lebih mahal bila dibandingkan dengan menggunakan metode kontak langsung. Hal ini dikarenakan perlengkapan yang diperlukan untuk melakukan rekontruksi dengan metode kontak langsung adalah perlengkapan dengan skala laboratorium. Lain halnya dengan metode kontak tak langsung yang pada dasarnya hanya memerlukan kamera dan komputer. Secara garis besar, alur proses reverse engineering dengan memanfaatkan rekontruksi tiga dimensi menggunakan metode kontak tak langsung (kamera), CAD, dan FEA dapat dilihat pada gambar 1-3 dibawah ini. 3

4 FEA CAM OBJEK Kamera Solid model PROSES REKONTRUKSI BENDA 3D MENGGUNAKAN METODE KONTAK TAK LANGSUNG, KAMERA, CAD & FEA. Gambar Digital CAD Point cloud Photogrammetry Gambar 1-3 Proses reverse engineering metode kontak tak langsung. 1.2 Batasan masalah Sistem rekontruksi tiga dimensi menggunakan metode kontak tak langsung terdiri atas dua bagian utama. Yang pertama adalah perangkat yang digunakan untuk mengambil gambar-gambar dua dimensi dari suatu objek tiga dimensi. Dalam tesis ini yang dimaksud perangkat adalah kamera digital. Telah diketahui, terdapat banyak jenis kamera yang beredar dipasaran, dari yang berharga murah (kamera saku) sampai dengan kamera beresolusi tinggi dan berharga mahal (high end camera). Pada penelitian ini akan digunakan dua jenis kamera yaitu, SLR (Single Lens Reflex) kamera sebagai high end camera dan Autofocus kamera (kamera saku) sebagai kamera saku. Pada penelitian ini, akan dikaji kemampuan kedua kamera tersebut dalam merekontruksi suatu objek. Bagian kedua adalah perangkat lunak (software) yang mengolah gambar-gambar digital dua dimensi yang berasal dari kamera menjadi gambar tiga dimensi dari objek tersebut. perangkat lunak yang akan digunakan di dalam penelitian ini adalah perangkat lunak komersil, yaitu PhotoModeler. Dalam menggunakan perangkat lunak PhotoModeler perlu diketahui terlebih dahulu beberapa parameter dari kamera yang digunakan yang berpengaruh terhadap ketelitian hasil rekontruksi tiga dimensi yang akan dilakukan. 4

5 1.3 Tujuan penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Mengkaji pengaruh beberapa parameter terhadap hasil rekontruksi benda tiga dimensi. Rekontruksi dilakukan dengan perangkat lunak Photomodeler yang bekerja berdasarkan metode Digital Photogrammetry dan digunakan dua jenis kamera, yaitu kamera SLR dan kamera autofocus (kamera saku). Parameter tersebut antara lain focal length (panjang fokus), jenis warna gambar, pengaruh penggunaan flash (lampu kilat), jumlah titik-titik (lingkaran) yang digunakan sebagai marker (penanda), jumlah gambar dua dimensi yang akan direkontruksi, sudut pengambilan gambar, resolusi kamera, dll. 2. Membandingkan kemampuan (error yang dihasilkan) oleh kamera SLR dan kamera autofocus dalam merekontruksi benda. 3. Melakukan rekontruksi benda berukuran besar, dalam penelitian ini benda berukuran besar tersebut adalah sayap pesawat CN Mengkaji beberapa parameter dalam merekontruksi benda tiga dimensi berukuran besar (sayap tengah pesawat CN-235). 1.4 Metode penelitian Penelitian diawali dengan mempelajari literatur-literatur yang berkaitan dengan penelitian ini dan pemahaman terhadap cara kerja perangkat lunak PhotoModeler dan sensor (kamera) yang digunakan. Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah kamera autofocus dan kamera SLR yang akan dibandingkan hasilnya (error yang dihasilkan). Langkah selanjutnya adalah mengkalibrasi kamera yang akan digunakan. Tahap ini harus dilakukan Untuk mengetahui intrinsic parameters dari kamera seperti focal length, distortion lens, principal point, format size dan extrinsic parameters yaitu orientasi koordinat kamera terhadap koordinat global. Setelah dilakukan kalibrasi, gambar-gambar dua dimensi dari benda yang akan direkontruksi diambil menggunakan kamera. Benda yang akan direkontruksi terdiri dari dua jenis ukuran, yaitu benda berukuran kecil (berbentuk balok dan silinder) dan besar (sayap CN-235). 5

6 Perangkat lunak PhotoModeler memungkinkan pengambilan gambar dua dimensi dari benda dapat dilakukan dari sudut pandang manapun yang dianggap penting [4]. Dalam proses rekontruksi permukaan benda tiga dimensi, perangkat lunak ini mengenali permukaan suatu benda melalui penanda/ marker berbentuk lingkaran yang diletakkan pada permukaan suatu benda. Oleh karena itu, sebelum mengambil gambar dua dimensi dari suatu benda, terlebih dahulu dilakukan peletakan penanda pada daerah-daerah permukaan yang dianggap dapat merepresentasikan bentuk tiga dimensi dari benda tersebut. Setelah proses diatas selesai, perangkat lunak PhotoModeler akan mengidentifikasi koordinat pusat lingkaran pada gambar dua dimensi tersebut menjadi koordinat pada ruang tiga dimensi. Selama melakukan rekontruksi, akan dicari parameter-parameter yang dapat mempengaruhi kualitas hasil akhir dengan cara menganalisa error yang dihasilkan oleh kedua jenis kamera tersebut. Proses selanjutnya adalah mengolah koordinat titik-titik hasil rekontruksi kedalam perangkat lunak CAD untuk dilakukan proses rendering. 1.5 Sistematika pembahasan Pembahasan pada laporan penelitian ini disusun berdasarkan sistematika sebagai berikut: BAB I: Pendahuluan Pada bab ini dijelaskan latar belakang dilakukannya rekontruksi benda-benda tiga dimensi. Selain itu, pada tesis ini dijelaskan pula identifikasi masalah, tujuan dari penelitian ini dan batasannya, serta metode yang digunakan. BAB II: Dasar teori Bab ini membahas literatur-literatur tentang dasar-dasar, alat-alat yang digunakan dalam rekontruksi benda-benda tiga dimensi. Antara lain Photogrammetry, kamera digital, perangkat lunak PhotoModeler, tipe-tipe kamera yang dapat digunakan dalam melakukan rekontruksi tiga dimensi. 6

7 BAB III: Rekontruksi tiga dimensi menggunakan perangkat lunak Photomodeler. Bab ini membahas tentang perangkat lunak Photomodeler yang berkaitan dengan penelitian ini, antara lain metode kalibrasi, proses identifikasi penanda/ marker, prosedur pengambilan gambar, prosedur pembuatan penanda. BAB IV: Hasil penelitian dan analisis rekontruksi tiga dimensi. Bab ini berisi tentang hasil percobaan yang dilakukan menggunakan kamera SLR dan kamera autofocus. Analisis kesalahan (error) untuk mengetahui parameterparameter yang dapat mempengaruhi ketelitian hasil akhir rekontruksi tiga dimensi dijabarkan pula pada bab ini. Selain itu, pada bab ini juga memuat hasil rekontruksi terhadap sayap tengah pesawat CN-235 beserta analisisnya. BAB V: Kesimpulan dan saran. Kesimpulan dan saran dari hasil penelitian ini dimuat pada bab terakhir yaitu Bab V. 7