BAB 2 SISTEM GRAFIKA Perkembangan teknologi monitor sangat maju, dari generasi monitor hitam putih hingga monitor berwarna. dari teknologi CRT hingga LCD. Oleh: I Gusti Ngurah Suryantara,S.Kom., M.Kom 2.1. PENDAHULUAN Monitor merupakan alat peraga yang sangat penting. Dengan perkembangan perangkat keras yang semakin maju grafika komputer semakin menarik untuk dipelajari. Pada materi ini akan dibahas mengenai teknologi monitor dan perkembangannya. 2.2. Teknologi Monitor Sebagian besar monitor yang kita gunakan menggunakan teknologi CRT (Catoda Ray Tube / Tabung Katoda). Pada Gambar 2.1. memperlihatkan monitor menggunakan teknologi CRT. Cara kerja monitor dengan teknologi CRT adalah sebagai beriku: 1. Elektron dipancakan dari elektron gun yang melewati focusing system (sistem untuk menentukan fokus) dan diteruskan ke deflection system (sistem untuk mengatur pembelokan) sehingga pancaran elektro mencapai posisi tertentu pada layar monitor yang dilapisi fosfor. 2. Lapisan fosfor yang ada dimonitor yang dikenai pancaran elektron pada posisi tertentu akan memancarkan sinar kecil pada setiap posisi yang berhubungan dengan pancaran elektron. Pancaran sinar dari lapisan fosfor ini cepat hilang, untuk mempertahankannya diperluka proses refreshing (menembakan eletron berulang kali pada posisi yang sama). Jumlah maksimum titik yang dapat ditampilkan pada layar monitor disebut resolusi. Resolusi yaitu jumlah titik yang dapat ditampilkan per senti meter menurut arah horisontal dan vertikal. Semakin tinggi resolusinya semakin bagus dan lebih realistis terutama untuk menampilkan citra dan grafik. Gambar 2.1. A 28
Gambar 2.1. B Gambar 2.1. (A,B) Teknologi monitor CRT A-Chatode, B- Deflection Coils, C-Focus Anode, D-Lapisan Fosfor, E-Pancaran Elektron, F-Lapisan Fosfor Pada Layar Monitor. Dalam proses menampilkan objek dilayar dalam teknologi CRT dapat dibedakan menjadi dua yaitu: 1. Raster Scan Display (metode ini yang paling banyak digunakan dalam teknologi CRT). 2. Random Scan Display. 3.2.1. Raster-Scan-Display Raster-Scan-Display berdasarkan teknologi televisi. Pancaran elektron bergerak baris per baris keseluruh layar monitor. Berikut adalah contoh proses menampilkan gambar pada layar dengan menggambar baris per baris. 29
Gambar 2.2. Proses pergerakan pancaran elektron secara baris perbaris dalam proses menampilkan gambar pada layar. Gambar 2.3. Conoh hasil menampilkan objek dengan teknologi raster-scan-display 3.2.2. Random-Sacn-Display Random Scan Display pancaran elektron hanya diarahkan pada bagian layar dimana gambar akan dibuat. Refresh rate pada random-scan-display tergantung dari jumlah garis yang ditampilkan. Random-scan-display dirancang untuk membuat gambar dengan rate antara 30 sampai 60 tiap detik. Sistem dengan kualitas tinggi dapat menangani sampai 100.000 garis pendek setiap represh. Random-scan system dirancang untuk aplikasi line drawing tidak dapat menampilkan gambar raster. Gambar 2.4. Proses pergerakan pancaran elektron secara baris perbaris dalam proses menampilkan gambar pada layar 30
3.2.3. Color CRT Monitor Pada teknologi color CRT monitor dalam menampilkan gambar yang berwarna menggunakan kombinasi pancaran warna fosfor yang berbeda. Dengan adanya kombinasi sinar dari fosfor yang berbeda akan diperoleh tingkat warna yang dapat ditampilkan. Dalam mendapatkan warna ada dua macam yaitu: beam penetration dan shadow mask. Beam peneration digunakan unuk menampilkan gambar berwarna dengan random scan monitor. Dua lapisan fosfor biasanya red dan green dilapisan bagian dalam, warna yang dihasilkan berdasarkan berapa besar pancaran elektron menembus lapisan fosfor. Pancaran lemah akan mencapai lapisan luar red. Pancaran kuat menembus lapisan red mencapai lapisan green. Kombinasi pancaran red dan green akan menghasilkan warna yang lain. Methode shadow mask biasanya digunakan pada raster-scan system termasuk TV. Metode ini menghasilkan tingkat warna yang lebih banyak dibandingkan dengan metode beam penetration. Shadow mask CRT mempunyai 3 macam fosfor warna pada titik pixel. Satu titik fosofor memamcarkan sinar Red, yang kedua Green, yang ketiga Blue. CRT mempunyai 3 elektron gun untuk tiap titik warna. Pada saat ketiga pancaran elektron melewati suatu lubang pada shadow mask, dot triangle menjadi aktif. Titik fosofor pada triangle diatur sehingga tiap elektron dapat mengaktifkan hanya satu titik warna setelah melalui shadow mask. Variasi warna didapatkan dari intensitas dari ketiga pancaran elektron. Color CRT dalam sistem grafika dirancang sebagai RGB monitor. RGB monitor dapat menyimpan 24 bit per pixel dapat menghasilkan full color atau true color. Gambar 2.5. Gambar warna RGB 31
3 warna dasar adalah Red, Green, Blue untuk warna yang lain dapat dihasilkan dari kombiasi 3 warna dasar tersebut. Gambar 2.6. Operasi delta-delta pada shadow mask Gambar 2.7. Pancaran elektron gun menembus shadow mask 32
Gambar 2.8. Contoh pancaran elektron gun pada Color CRT 1. Electron guns 2. Electron beams 3. Focusing coils 4. Deflection coils 5. Anode connection 6. Mask for separating beams for red, green, and blue part of displayed image 7. Phosphor layer with red, green, and blue zones 8. Close-up of the phosphor-coated inner side of the screen Close Up of Color CRT 33
Gambar Electron Gun Contoh pixel yang menyala Gambar 2.8. Prototipe cara kerja color CRT 3.2.4. Direct View Storage Tube Direct View Storage merupakan metode lain untuk mengatur image pada layar dengan cara menyimpan informasi gambar dalam CRT. Direct View Storage Tube menyimpan informasi gambar sebagai charge distribution di belakang lapisan fosfor pada layar. DVST menggunakan dua macam electron gun. Pertama, primary gun yang berfungsi untuk menyimpan informasi pola gambar, dan kedua adalah flood gun berfungsi untuk menampilkan gambar. Dibandingkan dengan CRT, DVST mempunyai kelebihan, dapat menampilkan gambar yang kompleks dengan resolusi tingi tanpa adanya kedipan. Hal ini dikarenakan tanpa adanya refreshing. 34
Sedangkan kekurangan DVST yaitu pada dasarnya tidak menampilkan warna, dan bagian yang diseleksi tidak dapat dihilangkan. Untuk menghilangkan sebagian gambar harus dilakukan dengan menghapus semua gambar pada layar, dan setelah itu dilakukan modifikasi gambar lagi. Untuk gambar yang rumit, modifikasi dan pembentukan gambar kembali memerlukan waktu beberapa detik. Gambar 2.9. memperlihatkan arsitektur DSVT. Gambar 2.9 Arsitektur DSVT 3.2.5.Flat-Panel Display Teknologi lain untuk tampilan selain menggunakan teknologi CRT adalah Flat-Panel dispaly. Flat panel display mempunyai ukuran lebih tipis daripada CRT. Penggunaan flat-panel display diantaranya TV, Calculator, NoteBook, dll. Flat-Panel display dapat dibagi menjadi dua katagori yaitu: emissive display (emitters) dan nonemssive display. Emissive display mengkonversi energi listrik menjadi sinar. Plasma panel, light emitting diode, dan film electroluminescent adalah contohnya. Nonemissive display atau nonemitters menggunakan efek optik untuk mengkonversi sinar matahari atau sinar dari sumber lain ke dalam pola grafik. Contoh nonemissive display adalah liquid chrystal display. Plasma Panel Plasma panel juga disebut dengan gas-discharge display dibuat dengan mengisi ruangan antara pelat kaca dengan gas, biasanya gas neon, seperti pada Gambar 2.10. Satu set konduktor ditempatkan vertikal pada pelat pertama dan yang lainnya ditempatkan horisontal pada pelat kedua. Tegangan antara kedua pelat tersebut disebabkan oleh gas neon diantaranya. Definisi gambar disimpan dalam refresh buffer, dan tegangan menyebabkan refreshing pixel pada posisinya sebanyak 60 kali tiap detik. 35
Gambar 2.10. Komponen plasma panel Gamar 2.11. Plasma panel Liquid Chrystal Disply LCD terdiri dari susunan molekul yang dapat bergerak seperti cairan. Sinar melalui material dirotasi sampai arah yang berlawanan. Sinar kemudian direfleksikan kembali ke arah orang yang melihatnya. Jenis ini disbut dengan passive-matrix LCD. Gambar disimpan pada refrsh buffer, dan refreshing pada layar dilakukan dengan rate 60 frame per detik. Warna dapat diampilkan dengan mengunakan material yang berbeda dan menenmpatan tiga pixel warna pada setiap lokasi layar. Metode lain dari LCD, yaitu dengan menempatkan transitor pada lokasi suatu layar. Transistor tersebut digunakan untuk mengontrol tegangan pada setiap lokasi pixel dan menghindari kebocoran keluar dari sell liquid-crystal. Falat-panel ini disebut active-matrix display. 36
Teknologi CRT dan Teknologi LCD Gambar 2.12. Cara kerja LCD Gambar 2.13. Layar monitor menggunakan teknologi LCD 37
3.2.6.Alat Tampilan 3D Monitor untuk menampilkan grafik 3D dikembangkan dengan memantulkan image dari suatu cermin (vibrating mirror). Pada saat cermin bergetar ukuran jarak berubah. Sinkronisasi getaran dilakukan dengan menampilkan objek pada CRT sehingga setiap titik dari objek dipantulkan oleh cermin pada posisi spasial sesuai jarak dari titik ke posisi penglihatan. Gambar 2.14. memperlihatkan sistem Genisco Space Graph yang mengunakan cermin penggetar untuk memproyeksikan objek tiga dimensi. Sistem ini juga mampu menampilkan bentuk 2D dari objek yang dibuat denan kedalaman lain. Beberapa aplikasi menggunakan sistem ini antara lain: Kedokteran, menganalisa data dari ultrasonography. Gologi. Desain dalam membuat objek solid. Simulasi 3D seperti penggambaan molekul. Timing & control system Proyeksi Image 3D vibrating mirror Penglihatan Gambar 2.14. Cara kerja tampilan 3D mengunakan cermin getar Teknik Lain Penghasil Pandangan 3D Teknik lain dalam mempresentasikan objek 3D adalah menampilkan stereoscopic view. Metode ini tidak menghasilkan benar-benar objek 3D secara nayata. Metode ini hanya manipulasi pandangan yang berbeda antara mata kiri dan mata kanan sehingga mendapatkan kedalaman. Dengan adanya perbedaan informasi yang dilihat dari mata kiri dan mata kanan mengakibatkan otak memberikan respon seperti melihat objek 3D secara nyata. Untuk mendapatkan pandangan stereoscopic pertama-tama dibuat dua gambar suatu scene sesuai dengan pandangan mata kiri dan mata kanan. Pembuatan dua gambar ini memiliki sudut yang berbeda. Kemudian secara bersama-sama gambar kiri dilihat dengan mata kiri dan gambar kanan dengan mata kanan. Kedua image tersebut membentuk suatu image dengan kedalaman. Sehingga memberikan kesan objek 2D menjadi objek 3D. Pandangan stereoscopic diperlihatkan seperti pada Gambar 2.15. 38
Gambar 2.15. Pandangan stereoscopic Gambar kiri untuk dilihat mata kiri dan gambar kanan untuk dilihat mata kanan 39
Gambar di satukan bisanya kelihatan agak membayang dan biasanya menggunakan kacamata khusus untuk melihatnya. 40
3.3. Raster Scan Display Raster graphic system pada umumnya terdiri dari beberapa unit pemroses. Kecuali CPU, digunakan prosesor khusus video controller atau display controller yang berfungsi untuk mengontrol operasi dari peralatan display. Arsitektur raster system dengan video controller dan display processor dapat dijelaskan sebagai berikut: 3.3.1.Vido Controller Organisasi dari raster system yang sederhana seperti pada Gambar 2.16. Ruangan yang tertentu dari memori dihubungkan dengan frame buffer, dan video controller dapat mengakses secara langsung memori frame buffer. Lokasi frame buffer berhubungan dengan posisi pada layar yang menggambarkan koordinat Cartesian. 41
Operasi dasar pada video controller seperti pada Gambar 2.x dua register digunakan untuk menyimpan koordinat pixel pada layar. Nilai dari posisi pixel yang disimpan pada frame buffer diambil dan digunakan untuk mengatur intensitas dari pancaran elektron. Kecuali refreshing dasar, beberapa operasi dapat dilakukan. Video controler dapat mengambil intensitas pixel dari area memori yang berbeda pada siklus refreshing yang berbeda. Pada sistem dengan kualitas tinggi, sering digunakan dua frame bufer, sehingga satu bufer degunakan untuk refreshing, sedangkan yang lain diisi dengan nilai intensitas. Kedua buffer tersebut dapat salin betukar untuk melakukan fungsi tersebut, sehingga dapat memenuhi kebutuhan mekanisme yang cepat, seperti animasi real-time. Beberapa sistem dirancang untuk memungkinkan video menggunakan image dari frame buffer dengan image yang dimasukkan sebagai input dari kamera televisi atau alat input yang lain. CPU Sistem Memory Frame Buffer Display Controller System bus I/O device Gambar 2.16. Arsitektur dari sistem grafik sederhana Gambar A Gambar B Gambar 2.17. Dua penempatan koordinat x dan y pada monitor, yang umum digunakan adalah gambar B. 42
Raser scan generator Horizontal & vertical deflection Register X Register Y Memory address Register Pixel intensitas Frame buffer Gambar 2.18. Operasi dasar refreshing pada video controler 3.3.2.Raster-Scan Display Processor Organiasi Raster Scan system dengan display processor dapat dilihat pada Gambar 2.19. Raster system terdiri dari display processor tersendiri, biasanya disebut graphic controller atau diplay coprocessor. Kebutuhan display processor ini untuk membebaskan CPU dari pekerjaan grafik. Fungsi utama dari display processor adalah membuat digitasi gambar yang dimasukkan dari program aplikasi ke dalam frame buffer. Proses digitasi tersebut dikenal dengan nama scan convesion. Perintah grafik pada pembuatan garis lurus dan objek geometri lainnya dikonversi menjadi intensitas titik yang diskrit. Metode yang sama digunakan untuk mengkonversi kurva dan outline suatu poligon. Display processor juga dirancang untuk menampilkan sejumlah operasi tambahan, seperti macammacam garis. Display memory juga dirancang untuk dapat berhubungan dengan alat input interaktif, seperti mouse, dll. Display processor memory Frame Buffer Display Controller CPU Display processor System memory System bus I/O device Gambar 2.19. Arsitektur raster graphic system dengan display processor 43
3.4.Random Scan System Program aplikasi dimasukkan dan disimpan dalam system memory dari suatu perangkat lunak aplikasi grafik. Perintah grafik pada program aplikasi diterjemahkan ke dalam display file yang disimpan dalam system memory. Kemudian display file diakses oleh display processor untuk ditampilkan pada layar monitor. Display processor mengulang kembali setiap perintah dari program pada saat dilakukan refreshing. Pola grafik digambar pada random scan system dengan menambahkan elektron langsung sesuai komponen garis pada layar monitor. Garis ditentukan oleh nilai dari dua koordinat titik awal dan akhir. CPU Sistem Memory Display Processor System bus I/O device Gambar 2.20. Arsitektur random scan system yang sederhana 3.5. Sistem Koordinat Pada Monitor Pada sumbu Cartesian arah vertikal di representasikan sebagai sumbu y (dari y bernilai negatif hinga y bernilai positif) dan arah horisontal di representasikan sebagai sumbu x (dari x bernilai negatif hingga x bernilai positif). Sistem koordinat pada layar monitor berbeda pada sumbu Cartesian secara umum, pada layar monitor tidak dikenal nilai negatif dan pada layar monitor menggunakan arah kebawah sebagai sumbu y positif dan arah mendatar sebagi sumbu x positif. Gambar 2.21-A. Sumbu cartesian 44
Gambar 2.21-B. Sistem cartesian dan sistem coordinat monitor Bila kita menginginkan dilayar monitor dapat menggambarkan sisi koordinat cartesian maka harus dibuat program yang membagi layar sesuai dengan sumbu cartesian. Gambar 2.22. Sistem koordnat pada layar monitor 45
Salah satu penerapan komputer grafik Salah satu penerapan kompter grafik digunakan dalam MAGIC EYE - STEREOGRAMS 46
47