1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Teknologi komputer yang berkaitan dengan perangkat antar muka komputer

(Human Computer Interface) saat ini mengalami kemajuan sangat cepat. Seiring

dengan berkembangnya teknologi perangkat keras pengendali tampilan (display

controller), yang dapat dimanfaatkan untuk menyampaikan informasi dan

pengetahuan dalam bentuk visual. Visualisasi sebagai salah satu bagian penting

dalam pengembangan aplikasi teknologi permainan (video game) yang langsung

berinteraksi dengan pemain haruslah dapat menggambarkan keadaan yang

sebenarnya, sehingga pemain benar-benar merasakan seperti berada dalam area

permainan itu sendiri. Hal ini tentunya membutuhkan dukungan perangkat keras

pengendali tampilan (display controller) untuk menghasilkan gambar dengan

batasan waktu yang cukup singkat sehingga dapat diterapkan pada aplikasi yang

bersifat interaktif nyata(augmented reality).

Penggambaran obyek visual dalam bentuk augmented reality (AR) adalah

penggabungan antara obyek virtual dengan obyek nyata. Augmented Reality (AR)

adalah suatu lingkungan yang memasukkan obyek virtual 3D kedalam lingkungan

nyata. Sistem ini lebih dekat kepada lingkungan nyata (real). Karena itu, unsur

reality lebih diutamakan pada sistem ini. Sistem ini berbeda dengan virtual reality

yang sepenuhnya merupakan virtual environment (VR). AR mengijinkan

penggunanya untuk berinteraksi secara real time dengan sistem. AR merupakan

suatu konsep perpaduan antara virtual reality dengan world reality. Sehingga

obyek-obyek virtual 2 Dimensi (2D) atau 3 Dimensi (3D) seolah-olah terlihat

nyata dan menyatu dengan dunia nyata.

Ronald Azuma pada tahun 1997, menyatakan bahwa augmented reality

adalah menggabungkan dunia nyata dan virtual, bersifat interaktif secara real

time, dan merupakan animasi 3D. Menurut Azuma, Augmented Reality adalah

variasi dari Virtual Reality. Sejarah tentang augmented reality dimulai dari tahun

2

1957-1962, ketika seorang penemu yang bernama Morton Heilig, seorang

sinematografer menciptakan dan mempatenkan sebuah simulator yang disebut

Sensorama dengan visual, getaran dan bau. Pada teknologi Virtual Reality,

pengguna berinteraksi dengan lingkungan yang diciptakan secara virtual yang

merupakan simulasi dunia nyata, akan tetapi pengguna tidak bisa melihat dunia

nyata yang ada di sekelilingnya. Pada teknologi AR, pengguna dapat melihat dunia

nyata yang ada di sekelilingnya dengan penambahan obyek virtual yang

dihasilkan oleh komputer. Supaya obyek AR 3D terlihat langsung pada medianya,

maka diperlukan alat khusus yang disebut dengan Head Mounted Display (HMD).

Pada tahun 1966, Ivan Sutherland menemukan Head Mounted Display yang

merupakan jendela ke dunia virtual. Seorang ilmuwan bernama Myron

Krueger(1975) menemukan Videoplace yang memungkinkan penggunanya dapat

berinteraksi dengan objek virtual untuk pertama kalinya. Jaron Lanier (1989)

memperkenalkan Virtual Reality dan menciptakan bisnis komersial pertama kali

di dunia maya. LB Rosenberg (1992) mengembangkan Augmented Reality untuk

melakukan perbaikan pada pesawat boeing dan mengembangkan salah satu fungsi

sistem AR yang disebut Virtual Fixtures, yang digunakan di Angkatan Udara AS

Armstrong Labs dan menunjukan manfaatnya pada manusia. Steven Feiner, Blair

Maclntyre dan dorée Seligmann(1992) memperkenalkan untuk pertama kalinya

Major Paper untuk perkembangan Prototype AR.

Hirokazu Kato (1999) mengembangkan ArToolkit di HITLab dan

didemonstrasikan di SIGGRAPH. Bruce.H.Thomas (2000) mengembangkan

ARQuake sebuah Mobile Game AR yang ditunjukan di International Symposium

on Wearable Computers. Pada tahun 2008 Wikitude AR Travel Guide, memper-

kenalkan Android G1 Telephone yang berteknologi AR. Saqoosha (2009)

memperkenalkan FLARToolkit yang merupakan perkembangan dari ArToolkit.

FLARToolkit memungkinkan kita memasang teknologi AR di sebuah website,

karena output yang dihasilkan berbentuk Flash. Wikitude Drive (2009)

meluncurkan sistem navigasi berteknologi AR di Platform Android. Tahun 2010

Acrossair menggunakan teknologi AR pada I-Phone 3GS.

Bidang-bidang lain juga menerapkan teknologi augmented reality di bidang

Kedokteran (Medical) menerapkan augmented reality pada visualisasi penelitian

3

teknologi pencitraan yang sangat dibutuhkan untuk simulasi operasi, dan simulasi

pembuatan vaksin virus. Militer juga telah menerapkan augmented reality pada

latihan tempur mereka. Sebagai contoh, militer menggunakan augmented reality

untuk membuat sebuah permainan perang, dimana prajurit akan masuk kedalam

dunia game tersebut, dan seolah-olah seperti melakukan perang sesungguhnya.

Bidang yang lain adalah engineering design membutuhkan augmented

reality untuk menampilkan hasil design mereka secara nyata terhadap klien.

Dengan augmented reality klien akan tahu, tentang spesifikasi yang lebih detail

tentang desain mereka. Dalam bidang Consumer Design: Virtual reality telah

digunakan dalam mempromsikan produk. Sebagai contoh, seorang pengembang

menggunkan brosur virtual untuk memberikan informasi yang lengkap secara 3D,

sehingga pelanggan dapat mengetahui secara jelas, produk yang

ditawarkan. Implementasi yang dapat digunakan untuk membangun augmented

reality antara lain adalah menggunakan perangkat pustaka pemrograman yaitu

Artoolkit.

ARToolkit adalah software library, untuk membangun augmented reality

(AR). ARToolkit memiliki kumpulan pustaka(library) yang dapat digunakan

untuk membangun aplikasi yang melibatkan overlay pencitraan virtual ke dunia

nyata. Untuk melakukan ini, ArToolkit menggunakan pelacakan video untuk

menghitung posisi kamera yang nyata dan mengorientasikan pola pada kertas

marker secara realtime. Setelah posisi kamera yang asli telah diketahui, maka

virtual camera dapat diposisikan pada titik yang sama dan obyek 3D akan

digambarkan diatas marker. Jadi ArToolkit memecahkan masalah pada AR yaitu,

sudut pandang pelacakan obyek dan interaksi obyek virtual.

Virtual objek 3D secara real time (interaktif) memiliki permasalahan dalam

kecepatan dan pengaturan tampilan agar realistik. Ada dua isu kunci utama yaitu

proses rendering dan kecepatan visualisasi (Kofle, 1988). Ukuran data obyek yang

akan ditampilkan dari objek reality yang besar memerlukan cara yang efisien

untuk dapat ditampilkan secara real time dengan kapasitas memori yang terbatas.

Hal ini termasuk cara untuk mengatur poligon geometri dan texsture datanya.

Pada saat yang sama, secara interaktif ukuran frame rate per second harus dapat

4

mencapai keadaan yang konsisten untuk melakukan generalisasi bagian

permukaan yang memiliki banyak poligon pada setiap framenya.

Pengukuran konsistensi frame rate per second (fps) menjadi permasalahan

pada animasi yang bersifat rendering realtime. Animasi banyak digunakan dalam

membangun media aplikasi yang bersifat komunikatif. Konsistensi fps pada

animasi objek reality 3D sampai dengan saat ini masih dilakukan penelitian dan

pengembangan.

Beberapa peneliti telah mengajukan cara penyelesaian permasalahan yang

berkaitan dengan real time rendering reality untuk animasi pada media

augmented reality. Penelitian yang dilakukan mengimplementasikan dari struktur

data polygon mesh, metode cara pandang sistem texturing dan teknik Rigging

Bone. Pada umumnya untuk mengatur tipe stuktur data polygon yang digunakan

adalah Lowpoly (Gunther et al., 2003), quadtree polygon (Samet, 1984,Pajarola,

1998), R-tree Polygon(Yu et al.,1999; Zlatannova, 2000). Perbedaannya adalah

tergantung pada bagaimana polygon tersebut dibagi dalam perlakuan rekonstruksi

penyederhanaan polygonnya(Gaede dan Gunther, 2001).

Sistem texturing ada dua tipe metode yang telah diadopsi yaitu backface

ctexture (Laurila,2004), dan small tetxure (Burns dan Osfield, 2001). Keseluruhan

merupakan metode yang berguna untuk mengkonstruksi model reality 3D yang

tidak diperlukan dalam bagian proses animasi.

Penelitian yang berkaitan adalah teknik rigging bone (Morley, 2000), dan

rigging mesh (Dunlop, 2001;Picco, 2003). Teknik Lowpoly digunakan untuk

mengurangi ukuran poligon dan pengaturan detail yang terlihat dalam scene.

Meskipun teknik lowpoly dapat mengurangi kompleksitas permasalahan

namun masih banyak poligon dalam animasi reality 3D yang menjadi masalah

dalam proses render, hal ini mengakibatkan memburuknya performa sistem.

Kebanyakan permasalahan yang disebutkan diatas oleh peneliti dialami pada saat

harus menggunakan media augmented reality. Animasi reality berbasis

augmented reality akan dicoba untuk diintegrasikan dengan sistem menggunakan

metode dengan level urutan poligon untuk menyelesaikan permasalahan.

Penulisan ilmiah dalam bentuk penelitian tesis ini, penelitian difokuskan

pada proses animasi berbasis augmented reality untuk visualisasi real time objek

5

karakter 3D, teknik yang diajukan guna mengatasi ukuran data animasi yang

dibangun dengan tetap mempertahankan interaktif frame ratenya adalah

menggunakan artoolkit pada model geometri realitinya. Latar belakang gagasan

penelitian ini adalah memperluas kemampuan dari teknik artoolkit untuk

membangun obyek 3D animasi dan meningkatkan kemampuan proses visualisasi

secara real time dan sistem navigasinya berupa interaksi keyboard. Ada 2 bagian

tahap yang terpisah yaitu tahap pra processing dan run time processing. Pada

tahap pertama, data model 3D dilakukan konversi ke dalam struktur data berbasis

lowpoy representasi. Data model 3D yang akan ditampilkan dalam bentuk marker

dengan pola pattern tertentu. Dalam proses run time, beberapa marker yang akan

menampilkan objek animasi 3D tergantung pada posisi kamera. Kemudian maker

ini akan dilakukan pengujian untuk status penampilan atau akan dihapus dari blok

marker agar tidak terlihat. Pada akhirnya, proses penyederhaan geometri dari

penampilan objek 3D dalam bentuk overlay object telah menjadi ukuran minimal

dari bentuk polygon kemudian diproses dan menjadi bagian yang akan dilakukan

rendering.

Rendering obyek overlay menjadi pola pergerakan karakter dengan

menggunakan pendekatan berbasis agen. Agen pergerakan dalam simulasi

memerlukan proses rendering realtime pada perpindahan transformasi matriknya.

Simulasi sederhana untuk menggerakkan model karakter 3D dapat menggunakan

logika fuzzy. Logika fuzzy memungkinkan untuk melakukan keputusan agen

pergerakan melakukan pergerakan menghindar halangan. Logika fuzzy

memungkinkan juga memodifikasi pergerakan sehingga menghasilkan pola untuk

mencapai tujuan.

Penelitian ini melakukan proses menghasilkan model 3D menggunakan

media augmented reality dengan menggabungkan simulasi pergerakan agen

dengan perhitungan berdasarkan pada logika fuzzy. Pergerakan agen yang

dibangun diterapkan pada agen multimarker dengan masing-masing agen 3D

memiliki parameter linguistik yang berbeda-beda. Perbedaan parameter ini

diharapkan menghasilkan pola dan keputusan model 3D guna menyerang atau

menghindar.

6

1.2. Perumusan Masalah

Berdasarkan uraian pada latar belakang Penggambaran object overlay

3D menggunakan media Augmented Reality menggunakan model geometri

lowpoligon poly diharapkan dapat memberikan penyelesaian untuk

permasalahan sebagai berikut :

1. menghasilkan perilaku pergerakan objek 3D dengan menggunakan

metode logika fuzzy

2. mempercepat proses penggambaran dan animasi serta dapat

meningkatkan kemampuan penggambaran lebih pada media overlay

marker dengan pola pattern dengan menggunakan kamera webcam

untuk mencapai proses animasi objek 3D.

1.3. Tujuan

Mendesain dan mengimplementasikan artoolkit engine dengan

menggunakan metode logika fuzzy untuk menghasilkan perilaku pergerakan

model geometri lowpoly overlay object 3D gabungan multimarker pada

media augmented reality dengan view berbasis camera webcam.

1.4. Batasan Masalah

Batasan masalah diasumsikan sebagai berikut:

1. Data object 3D diambil dengan menggunakan aplikasi Metasequio.

2. Format penyimpanan data metasequio dalam bentuk image 3D mqo yang

dengan susunan layer objek terpisah dari suatu scene object.

3. Penggambaran untuk menguji proses animasi objek 3D guna menguji

overlay objek pada marker dengan pola pattern tertentu menggunakan

artoolkit pada lingkungan pemrograman berbasis visual c++.

1.5. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam tesis ini terdiri dari :

1. Studi Literatur

Pengumpulan pustaka untuk dipelajari dalam pengerjaan dan penelitian

penulisan penelitian ilmiah berupa Tesis. Pustaka yang dikumpulkan berupa

7

paper, text book, dan tutorial-tutorial tentang penggambaran obyek 3D

berbudaya lokal dan pengembangan artoolkit.

2. Pencarian Data

Pengumpulan data yang diperlukan untuk menguji kinerja sistem yang telah

di implementasikan. Data yang dikumpulkan merupakan data map texture

dengan menggunakan format png, bmp, atau tga.

3. Perancangan dan Implementasi Sistem

Perancangan dan implementasi sistem akan digunakan dengan mendesain

metode-metode yang ada dan diimplementasikan dengan menggabungkan

metode-metode tersebut sehingga didapatkan hasil yang diinginkan.

4. Pengujian Sistem

Pengujian sistem dengan berbagai macam masukan dan jenis hardware yang

ada. Pengujian sistem diperlukan untuk mengetahui kecepatan

penggambaran sistem dan menentukan hardware minimum yang diperlukan

untuk menjalankan sistem.

5. Penyusunan Laporan Penulisan Tesis

Melakukan penulisan yang menunjukkan hasil akhir dari penelitian Tesis.

Tema dalam tesis ini adalah mengimplemtasikan sistem penggambaran

obejct overlay animasi 3D yang efisien dan optimal dengan menggunakan

media augmented reality.

8

1.6. Sistematika Penulisan

Penulisan laporan penulisan tesis ini terdiri atas 5 (lima) bab, dimana

setiap bab saling berhubungan satu dengan yang lain sesuai dengan urutan

permasalahan yang akan dibahas. Garis besar susunan penulisannya adalah

sebagai berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Mendiskripsikan mengenai latar belakang masalah, tujuan penelitian tesis,

permasalahan, ruang lingkup, metode penelitian yang digunakan, dan

sistematika penulisan.

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

Berisi penjelasan dasar teori mengenai konsep dari pemrograman OpenGL,

Augmented Reality, Artoolkit, Marker dan pola patern dan overlay Model

3D.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi detail mengenai perencanaan perangkat lunak yang berhubungan

dengan blok diagram dari sistem yang dibuat.

BAB IV PENGUJIAN dan ANALISA

Berisi tentang implementasi rancangan sistem dalam bentuk perangkat

lunak dan hasil yang diperoleh dari implementasi sistem dan blok diagram

sistem.

BAB V KESIMPULAN

Berisi kesimpulan yang diperoleh dari pembuatan tesis, dan saran-saran

untuk pengembangannya.