BAB I PENDAHULUAN Bab ini membahas tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi, dan sistematika pembahasan dari tugas akhir ini. I.1 Latar Belakang Perkembangan interaksi dari manusia ke komputer tidak mengalami kemajuan berarti sejak dikembangkannya alat masukan mouse pada tahun 1970-an untuk membantu alat masukan keyboard yang telah umum digunakan sebelumnya. Salah satu alternatif yang dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan interaksi pengguna dengan komputer adalah pengenalan isyarat secara visual. Sebuah sensor video sederhana dapat digunakan sebagai alat masukan dengan menangkap citra isyarat yang dilakukan oleh pengguna, yang kemudian diterjemahkan oleh komputer menjadi sebuah perintah tertentu. Dengan demikian, pengguna dapat berkomunikasi dengan menggunakan isyarat-isyarat alamiah tanpa melalui alat bantu seperti mouse atau keyboard. Salah satu pemanfaatan komputer yang membutuhkan banyak interaksi antara pengguna dengan komputer adalah untuk simulasi lingkungan virtual tiga dimensi. Terdapat empat jenis interaksi yang dimungkinkan dalam lingkungan virtual tersebut, yaitu navigasi, seleksi, manipulasi, dan kontrol sistem [BOW00]. Dari keempat jenis interaksi tersebut, dukungan terhadap interaksi navigasi yang baik sangat penting untuk meningkatkan produktivitas dan kenyamanan pengguna dalam sebuah sistem lingkungan virtual [BOW97]. Karena alasan tersebut, sebuah sistem pengenalan isyarat untuk keperluan interaksi navigasi lingkungan virtual dapat membantu pengguna untuk berinteraksi dengan lebih mudah dengan lingkungan virtual. Salah satu contoh isyarat yang dapat dimanfaatkan sebagai perintah dalam bernavigasi adalah isyarat orientasi kepala pengguna. Dengan isyarat tersebut, pengguna cukup menolehkan I-1
kepalanya ke samping untuk memberikan perintah rotasi kepada lingkungan virtual, misalnya. Hal ini sangat berguna terutama bagi pengguna yang memiliki kesulitan dalam penggunaan mouse atau keyboard karena alasan medis seperti kelumpuhan. Pemanfaatan sistem serupa untuk membantu mereka yang mengalami kelumpuhan terdapat dalam [JIA07] yang mengembangkan sistem pengenalan isyarat kepala untuk kontrol navigasi kursi roda. Salah satu contoh sistem yang serupa dengan sistem yang hendak dikembangkan terdapat di [MIT97]. Sistem tersebut menggunakan jaringan saraf tiruan untuk mengklasifikasikan citra masukan menjadi salah satu dari empat kelas orientasi, yaitu kiri, kanan, depan, dan atas dan mencapai tingkat akurasi 90%. Kelemahan dari sistem ini adalah hanya bisa menerima citra wajah yang sepenuhnya menoleh ke arah kiri dan tidak dapat melakukan interpretasi orientasi kepala yang hanya menoleh sebesar 30 o ke arah kiri, misalnya. I.2 Rumusan Masalah Tugas akhir ini mengembangkan sebuah sistem pengenalan orientasi kepala untuk keperluan interaksi navigasi dalam sebuah lingkungan virtual tiga dimensi. Sistem ini diharapkan dapat membantu pengguna agar lebih mudah dalam melakukan interaksi terhadap lingkungan virtual dengan cara membebaskan pengguna dari keharusan menggunakan alat masukan seperti mouse atau keyboard untuk bernavigasi dalam lingkungan virtual tersebut. Sistem yang dikembangkan menerima masukan berupa citra wajah pengguna yang ditangkap oleh sebuah sensor video, dan melakukan interpretasi orientasi kepala dalam bentuk besaran derajat horisontal dan vertikal dari kepala tersebut. Besaran derajat horisontal dan vertikal tersebut kemudian diterjemahkan menjadi perintah navigasi lingkungan virtual. Keseluruhan proses pengenalan dilakukan oleh sistem secara real-time sehingga memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dengan lingkungan virtual secara real-time juga. I-2
I.3 Tujuan Tugas akhir ini memiliki tujuan akhir menghasilkan sebuah sistem pengenalan orientasi kepala yang memungkinkan interaksi navigasi antara pengguna dengan lingkungan virtual yang disimulasikan dalam sebuah komputer tanpa harus menggunakan perangkat masukan seperti keyboard atau mouse. Untuk mencapai tujuan akhir tersebut, didefinisikan beberapa tujuan yang harus dicapai dalam pelaksanaan tugas akhir ini: 1. Memahami pendekatan-pendekatan pengenalan orientasi kepala yang dimungkinkan, untuk kemudian melakukan implementasi pendekatan yang cocok untuk keperluan tugas akhir. 2. Memahami konsep dan implementasi lingkungan virtual tiga dimensi, dengan fokus pada dukungan interaksi navigasi yang memadai untuk keperluan tugas akhir. 3. Memahami cara implementasi penangkapan citra dari sensor visual serta konsep dan implementasi teknik pengolahan citra hasil tangkapan tersebut untuk mendukung pendekatan pengenalan orientasi kepala yang digunakan dalam tugas akhir. 4. Merancang dan mengimplementasi sistem yang dapat mengintegrasikan hasil pemahaman dan implementasi yang dicapai dari tujuan-tujuan di atas ke dalam sebuah sistem yang dapat memenuhi tujuan akhir seperti yang telah didefinisikan sebelumnya. I.4 Batasan Masalah Untuk menjaga agar ruang lingkup serta pengerjaan tugas akhir ini tidak terlalu melebar dan tetap mengarah pada tujuan akhir yang telah didefinisikan sebelumnya, maka batasan-batasan dari masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini didefinisikan sebagai berikut: 1. Orientasi kepala yang berusaha dideteksi terbatas pada orientasi horisontal dan vertikal. Gerakan horisontal yang dimaksud adalah gerakan menoleh ke samping, sedangkan gerakan vertikal adalah gerakan menengadahkan kepala ke atas dan ke arah bawah. Isyarat orientasi kepala dalam bentuk I-3
memiringkan atau mematahkan kepala ke samping termasuk ke isyarat kepala yang tidak dideteksi oleh sistem. 2. Sensor video yang digunakan dibatasi pada sensor video sederhana. Yang dimaksud sederhana adalah mudah terdapat di pasaran dengan harga terjangkau serta memiliki fitur yang terdapat dalam sensor video pada umumnya. Sensor video yang tidak memenuhi kriteria ini contohnya adalah sensor video infra merah atau sensor video dengan resolusi dalam hitungan megapixel. Tujuan batasan ini adalah agar sistem yang dikembangkan tidak terlalu mahal dan dapat digunakan oleh berbagai macam kalangan. I.5 Metodologi Agar tugas akhir ini mencapai tujuan akhir seperti yang telah didefinisikan sebelumnya, maka dalam pelaksanaannya tugas akhir ini terbagi menjadi beberapa tahapan sistematis: 1. Eksplorasi Pada tahap ini dilakukan kajian awal untuk melihat apakah sistem pengenalan isyarat yang digunakan untuk keperluan navigasi lingkungan virtual merupakan suatu hal yang mungkin dikembangkan sebagai topik tugas akhir dengan mempertimbangkan batasan waktu dan kemampuan yang dimiliki. Eksplorasi dilakukan antara lain terhadap berbagai sistem yang dapat dimanfaatkan untuk keperluan pengenalan isyarat seperti sistem pengenalan wajah serta berbagai pendekatan-pendekatan pengenalan isyarat. 2. Analisis dan Implementasi Prototipe Tahap ini bertujuan untuk menghasilkan prototipe sistem yang dapat mendemonstrasikan bahwa isyarat kepala memungkinkan untuk digunakan sebagai metode navigasi lingkungan virtual. Tingkat pengenalan isyarat dalam prototipe ini masih jauh dari tujuan yang sudah ditetapkan dalam tugas akhir, terutama dari segi fleksibilitas isyarat yang dapat dikenali serta akurasi pengenalan isyarat. I-4
3. Studi Literatur Tahap selanjutnya berupa studi mendalam mengenai berbagai pendekatan pengenalan isyarat orientasi kepala yang dimungkinkan serta langkahlangkah pemrosesan citra apa saja yang umum digunakan untuk meningkatkan performansi pengenalan isyarat. Pemrosesan citra ini antara lain adalah pendeteksian dan ekstraksi citra wajah dari keseluruhan, serta permrosesan citra untuk menonjolkan fitur-fitur wajah dalam citra. 4. Analisis Sistem Pengenalan Orientasi Kepala Tahapan ini bertujuan untuk menghasilkan analisa dari permasalahan pengenalan orientasi kepala yang sudah didalami pada langkah sebelumnya. Analisis ini menghasilkan pendekatan yang dipilih dari berbagai alternatif pendekatan yang ada. 5. Analisis Lingkungan Virtual Tahapan ini bertujuan untuk menghasilkan analisa dari permasalahan yang berkaitan dengan lingkungan virtual, khususnya yang berkaitan dengan interaksi navigasi dalam lingkungan virtual. Hasil dari analisis ini berupa mode navigasi yang digunakan dalam lingkungan virtual. Pemilihan mode navigasi mempertimbangkan bentuk navigasi yang alami bagi pengguna dan termasuk ke dalam hal yang dianalisis dalam tahapan ini. 6. Perancangan dan Implementasi Sistem Tahapan ini bertujuan untuk menghasilkan rancangan dan implementasi dari sistem yang dikembangkan. Tahapan ini juga mengeksplorasi berbagai library dan kakas yang dibutuhkan dalam pengembangan sistem. 7. Pengujian Sistem Tahapan terakhir ini bertujuan untuk melakukan pengujian terhadap sistem yang telah dikembangkan, termasuk di dalamnya pengujian untuk memperbandingkan performansi sistem dengan sistem lain yang serupa. I-5
I.6 Sistematika Pembahasan Laporan tugas akhir ini terbagi menjadi enam bab dengan sistematika sebagai berikut: 1. Bab I Pendahuluan Bab ini membahas tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, metodologi, dan sistematika pembahasan tugas akhir. 2. Bab II Landasan Teori Bab ini membahas tentang teori-teori dasar yang berkaitan dengan masalah yang dirumuskan dalam tugas akhir. Teori-teori tersebut digunakan dalam bab-bab berikutnya dari laporan tugas akhir ini. 3. Bab III Analisis Bab ini membahas tentang analisis dari permasalahan-permasalahan dalam pengembangan sistem navigasi dengan pengenalan isyarat kepala berbasis visual. Diantaranya adalah analisis terhadap metode navigasi lingkungan virtual, isyarat kepala, serta pendekatan pengenalan yang digunakan. 4. Bab IV Perancangan Bab ini membahas tentang rancangan yang dibutuhkan agar sistem dapat dibangun sesuai dengan hasil analisis pada Bab III. 5. Bab V Implementasi dan Pengujian Bab ini membahas tentang implementasi dan pengujian dari sistem yang dikembangkan berdasar hasil perancangan yang didapat pada Bab IV. 6. Bab VI Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang didapatkan selama pelaksanaan tugas akhir. I-6