BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Fluida adalah sesuatu yang sangat vital dalam alam ini. Fluida ada dalam kehidupan kita sehari-hari dan termasuk salah satu komponen penting dalam berbagai proses produksi di dunia industri. Namun, sifat fluida pada umumnya sangatlah sulit direkayasa ulang dalam komputer. Penerapan komputer grafis dalam industri perfilman sangat diminati karena biaya pembuatan yang relatif lebih murah. Selain itu juga, penggunaan komputer grafis dalam efek visual relatif lebih mudah diarahkan dibandingkan dengan live shooting dan memungkinkan dihasilkannya gambar yang hampir tidak mungkin dilakukan dalam dunia nyata. Gambar 1.1 Cuplikan gambar dari film Surf Up (kiri) dan Pirates of the Carribean: at the World s End (kanan) Industrial of Light and Magic (ILM), Sony Imageworks, Digital Domain, dan Next Limit Technologies adalah contoh studio yang mengembangkan simulasi fluida dalam menghasilkan film-film seperti Surf Up (Gambar 1.1), 1
2 Pirates of the Caribean : at the World s End (Gambar 1.1), dan Poseidon (Gambar 1.2). Gambar 1.2 Cuplikan gambar pembuatan dari film Poseidon a) objek kapal b) simulasi air c) simulasi buih d) hasil akhir di film Berbagai metode dan upaya dilakukan untuk merekayasa fluida dengan komputer grafis agar memiliki gerakan layaknya fluida dalam dunia nyata. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah metode Lattice Boltzmann yang mampu memodelkan aliran fluida yang acak dan rumit, serta menggunakan metode komputasi diskrit yang berbasiskan persamaan Boltzmann. 1.2 Perumusan Masalah Fluida khususnya cairan merupakan objek simulasi yang mempunyai karakteristik yang rumit untuk dapat dimodelkan dalam komputer. Salah satunya adalah gerakannya yang bebas dengan tetap memperhatikan gaya-gaya yang bekerja pada cairan tersebut, seperti gaya gravitasi, tabrakan antar molekul cairan, dan tabrakan dengan objek lain.
3 Gerakan partikel-partikel air relatif bebas tetapi tidak saling menembus sehingga volume cairan dalam wadah konstan. Hal ini juga turut menentukan kesuksesan hasil akhir simulasi, yaitu dapat mempertahankan volume cairan pada awal dan akhir simulasi. Perhitungan yang dilakukan dalam komputer harus dapat dilakukan dengan cepat dengan hasil simulasi yang stabil dan dapat ditunjukan secara realtime dalam program khususnya pada yang resolusi lattice yang rendah. 1.3 Ruang Lingkup Ruang lingkup penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Penampung yang digunakan berbentuk kotak yang mana pada keadaan awal fluida dibuat tidak dalam kesetimbangan. 2. Studi kasus Breaking dam problem dan tetesan cairan. 3. Jenis fluida yang diteliti adalah cairan. 4. Metode yang digunakan adalah metode Lattice Boltzmann dengan model D3Q19 fase tunggal. 5. Program yang dibuat tidak mencakup penerjemahan hasil perhitungan menjadi geometri 3D (surface reconstruction). 6. Perhitungan dan penerapan algoritma dibatasi dalam suatu container yang diam dan fluida tidak dapat keluar dari container. 7. Perhitungan algoritma tidak mencakup pendeteksian objek tabrakan selain pada dinding container. 8. Dinding container diasumsikan terbuat dari bahan yang tidak menyerap air.
4 9. Tidak ada gaya luar yang bekerja pada sistem selain gravitasi, dan gaya normal dari dinding container. 10. Program tidak menyediaan fasilitas input atau output file. 1.4 Spesifikasi Perancangan Program yang dibuat adalah sebuah program simulasi fluida yang menggunakan metode Lattice Boltzmann dengan model D3Q19. Metode yang digunakan berbasiskan persamaan Boltzmann. Simulasi fluida yang akan dibuat dalam program akan menggunakan konsep-konsep perancangan Object Oriented yang memiliki fungsi kalkulasi dan tampilan yang terpisah, sehingga program ini dapat dengan mudah dimengerti, dimodifikasi dan dikembangkan pada masa yang akan datang. Program yang akan dibuat akan menyelesaikan masalah yang tercantum pada rumusan masalah. Akan dibuat rekomendasi untuk rencana pengembangan simulasi ini agar dapat dipergunakan dalam aplikasi 3D lain, sehingga hasil simulasi dapat digunakan dalam produksi efek visual film. 1.5 Lingkungan Perancangan Dalam merancang program simulasi ini digunakan komputer dengan spesifikasi sebagai berikut. 1. Processor : Intel Core 2 Duo T8300 2.4 GHz; 2. Memory : 2 Giga byte; 3. Sistem Operasi : Windows Vista Home Premium SP1.
5 Sedangkan program yang dipakai adalah: 1. Development Tool : Microsoft Visual C++ 2008 Development Edition; 2. Tampilan gambar : OpenGL; 3. Bahasa : C++. 1.6 Tujuan dan Manfaat Berikut ini akan dibahas tujuan dan manfaat dari penulisan skripsi. 1.6.1 Tujuan Tujuan penulisan skripsi ini adalah untuk dapat membuat suatu program aplikasi yang berfungsi untuk memvisualisasikan dinamika fluida untuk kasus breaking dam dan tetesan cairan. 1.6.2 Manfaat Manfaat yang diperoleh: 1. Bagi industri perfilman: menghasilkan aplikasi dasar untuk simulasi fluida yang dapat digunakan pada industri perfilman di Indonesia dan memungkinkan hasil perhitungan untuk diimplementasikan dalam perangkat lunak komersial yang sudah ada sekarang seperti Maya, 3Ds Max dan XSI. 2. Bagi pembaca: memberi gambaran gerakan fluida dalam dunia maya dengan tampilan OpenGL. 3. Bagi penulis: memberikan tambahan pengetahuan tentang simulasi fluida dalam komputer grafis dengan metode Lattice Boltzmann dan memotivasi penulis untuk terus mengembangkan program yang sudah ada.
6 1.7 Sistematika Penulisan Dalam penulisan skripsi, digunakan susunan bab sebagai berikut. Bab 1 Pendahuluan Pada bab ini akan diuraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, ruang lingkup, tujuan dan manfaat, serta sistematika penulisan. Bab 2 Landasan Teori Pada bab ini diuraikan landasan teori yang digunakan dalam penyusunan makalah, yaitu: Metode Lattice Boltzmann, Persamaan Blotzmann dan turunannya, perbandingan dengan metode lain dan teori rekayasa piranti lunak yang akan menjadi dasar dari penelitian yang akan dilakukan. Bab 3 Perancangan Program Pada bab ini diuraikan tentang objek penelitian dan langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan program simulasi. Bab 4 Implementasi dan Evaluasi Pada bab ini diuraikan implementasi program, tampilan layar, petunjuk penggunaan program dan evaluasi contoh kasus breaking dam dan tetesan cairan. Bab 5 Kesimpulan dan Saran Pada bab ini diberikan kesimpulan dari hasil penelitian berdasarkan uraian-uraian dari bab bab sebelumnya dan saran untuk pengembangan lebih lanjut.