6

BAB 2 STUDI LITERATUR

Dalam bab ini akan dibahas studi referensi dan dasar teori yang digunakan

dalam penelitian ini. Terutama dibahas tentang pemodelan 3D menggunakan metode

fotogrametri rentang dekat dan pemanfaatannya dalam bidang arsitektur lanskap.

2.1 Studi Kasus

Area yang diamati dalam penelitian ini adalah area lanskap Campus Centre

yang berada di Kampus Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesha no. 10. Area ini

merupakan sebuah tempat yang memang dirancang sebagai tempat berkumpul dan

berkegiatan mahasiswa serta pengadaan berbagai acara di ruang terbuka. Daerah ini

terbagi menjadi dua, yaitu area barat dan area timur yang dipisahkan oleh boulevard

ditengahnya. Pada area barat terdapat lapangan basket, lapangan voli, gedung

Campus Centre Barat, dan gedung Aula Barat, sedangkan pada area timur terdapat

lapangan segitiga, gedung Campus Centre Timur, gedung Aula Timur, dan gedung

Lembaga Film Mahasiswa.

Zona lanskap pada daerah ini terlihat sangat kontras dikarenakan gedung

Campus Centre yang bersifat modern dan gedung Aula yang bersifat peninggalan

bersejarah masa lalu. Meskipun terlihat kontras gedung ini masih memiliki

harmonisasi dengan gedung-gedung disekitarnya seperti terdapat kolom-kolom beton

berbentuk bulat dan selasar pada kedua gedung tersebut, sehingga memiliki nilai

estetika yang tinggi. Pada area boulevard terdapat banyak pohon tinggi yang rindang

yang menciptakan suasana nyaman bagi pejalan kaki yang melintas pada area

tersebut.

Aspek yang perlu diperhatikan dalam desain lanskap yang terpenting adalah

bentuk keadaan bangunan yang sebenarnya harus dapat divisualisasikan dengan tepat.

Begitu juga dengan perubahan pada bahan yang ada di area tersebut harus dapat

terlihat, seperti perubahan bahan antara aspal, tanah dan lain sebagainya. Untuk

mendapatkan desain lanskap suatu area juga harus terdapat unsur vegetasi yaitu

tanaman di area tersebut karena desain lanskap merupakan integrasi antara struktur

bangunan dan keadaan tanaman itu sendiri.

7

Gambar 2-1 Area Barat Lanskap Campus Centre

Gambar 2-2 Area Timur Lanskap Campus Centre

Gambar 2-3 Area Boulevard Campus Centre

8

Hal yang sulit dalam hal arsitektur lanskap adalah memvisualisasikan lanskap

itu sendiri. Arsitek lanskap pada umumnya membuat desain lanskap 2 dimensi dalam

skala besar dan kemudian menggunakan perangkat lunak untuk menciptakan keadaan

bangunan sekitarnya. Metode ini menyebabkan ketelitian pada lanskap tersebut tidak

dapat dipastikan, maka dari itu diperlukan suatu metode yang dapat mempermudah

dalam visualisasi dan orientasi lanskap yang juga memiliki tingkat ketilitian yang

tinggi.

2.2 Fotogrametri Rentang Dekat

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah fotogrametri rentang dekat

(FRD), yaitu suatu metode pengukuran dengan menggunakan kamera non-metrik

pada jarak yang relatif dekat dengan objek. FRD mengkombinasikan akuisisi data

geometri dan tekstur suatu benda, sehingga ketelitian dalam rekonstruksi suatu

bangunan sangat baik (Schulze-Horsel, 2011). Kelebihan lain dari metode ini selain

tingkat akurasinya yang tinggi adalah waktu yang singkat dalam pengambilan data

dan pencakupan area yang cukup luas. Dari model tiga dimensi (3D) yang dihasilkan

dapat diambil berbagai macam informasi seperti luas permukaan dan volume serta

mempermudah dalam melihat bentuk objek secara keseluruhan, sehingga metode ini

sangat efektif dan efisien pada bidang arsitektur (Manea & Calin, 2007).

Beberapa kelebihan lain dari teknik CRP ini antara lain (Atkinson, 1980):

1. CRP merupakan metode yang tidak memerlukan kontak langsung dengan

objek, sehingga pengukuran dapat dilakukan walaupun akses langsung

tidak memungkinkan. Cakupan dapat berupa keseluruhan objek maupun

sebagian dari objek yang diteliti.

2. Akuisisi data dengan menggunakan fotografi dapat dilakukan dengan cepat

dan sesuai.

3. Repetisi untuk evaluasi selalu dimungkinkan.

4. Fotogrametri merupakan teknik yang sangat baik jika metode lain tidak

memungkinkan dilakukan atau tidak efektif dan efisien mengingat

aksesibilitas objek yang diukur, biaya, atau kendala lainnya.

Sedangkan kekurangan dari teknologi fotogrametri rentang dekat antara lain (Leitch,

2002):

9

1. Hasil ukuran tidak dapat diperoleh secara langsung mengingat perlu

dilakukan pengolahan dan evaluasi.

2. Kebutuhan akan spesialisasi dan peralatan pendukung yang mahal dapat

mengakibatkan harga yang tinggi dalam implementasi.

3. Kesalahan selama pengambilan dan pengolahan foto dapat menyulitkan

pekerjaan.

2.2.1 Kalibrasi Kamera

Kalibrasi kamera adalah suatu proses yang sangat penting dalam pengukuran

fotogrametrik. Kalibrasi dan orientasi kamera yang tepat sangat dibutuhkan dalam

mengekstrak data 3 Dimensi metrik yang presisi dari citra. Sebuah kamera dikatakan

telah dikalibrasi jika parameter panjang fokus (c), principal point (xp, yp) dan

distorsi lensa (K1, K2, K3, P1, P2) telah diketahui (Remondino & Fraser, 2006).

Proses kalibrasi dilakukan dengan mengambil minimal 6 gambar dari sebuah

pola dengan grid tertentu. Gambar tersebut dimasukkan ke dalam perangkat lunak

untuk kemudian diproses secara otomatis untuk mengkalkulasikan parameter-

parameter yang dibutuhkan. Hasil kalkulasi kalibrasi ini dapat disimpan untuk

digunakan kembali dalam proses-proses selanjutnya menggunakan kamera tersebut

(Górski, Kuczko, Wichniarek, & Zawadzki, 2010).

Gambar 2-4 Beberapa jenis frame kalibrasi

Perangkat lunak yang bisa digunakan untuk mendapatkan parameter kalibrasi

kamera adalah photomodeler dan australis, namun terdapat perbedaan pada kedua

perangkat lunak ini dalam mendefinisikan parameter principal point (xp, yp). Pada

australis parameter yang didapat adalah jarak offset dari principal point yang

10

seharusnya pada koordinat foto, sedangkan pada photomodeler yang didapat hanya

nilai koordinat principal point pada sistem koordinat foto saja. Maka dari itu untuk

menggunakan parameter principal point yang dihasilkan dari kalibrasi pada australis

di photomodeler, perlu dilakukan perhitungan tambahan dengan rumus sebagai

berikut

2.2.2 Prinsip Kesegarisan dalam Fotogrametri Rentang Dekat

Pada dasarnya konsep yang digunakan dalam fotogrametri rentang

dekat adalah konsep fotogrametri analitis yang diaplikasikan pada pemotretan

terestris. Prinsip yang digunakan pada FRD adalah prinsip kolinearitas

(kesegarisan) yang dapat didefinisikan bahwa titik utama kamera, koordinat

titik pada citra, dan posisi 3 dimensi titik tersebut pada ruang berada pada

satu garis lurus. Dapat dilihat pada ilustrasi gambar di bawah ini, titik L

adalah posisi titik utama kamera, titik a adalah posisi titik pada sistem

koordinat citra, dan titik A adalah posisi titik pada koordinat 3 dimensi ruang.

Gambar 2-5 Ilustrasi prinsip kolinearitas

Setiap titik pada foto akan memiliki dua persamaan kesegarisan

yang mendefinisikan koordinatnya pada foto tersebut (xa, ya) . Secara

matematis dapat ditunjukkan sebagai berikut :

11

)]()()([)]()()([

033032031

0130120110

AAA

AAAa ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfxx−+−+−−+−+−−

=−

)]()()([)]()()([

033032031

0230220210

AAA

AAAa ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfyy−+−+−−+−+−−

=−

Dimana :

xa, ya = Koordinat objek pada sistem koordinat foto

X0, Y0, Z0 = Koordinat titik pusat eksposur pada sistem koordinat ruang

XA, YA, ZA = Koordinat objek pada sistem koordinat ruang

rmn = Koefisien rotasi dari matriks baris m kolom n

f = Panjang fokus lensa kamera

2.2.3 Perataan Berkas

Prinsip kesegarisan kemudian dapat dimanfaatkan untuk menentukan

posisi kamera pada saat pemotretan dan untuk mendapatkan koordinat 3

dimensi dari titik-titik sekutu pada model. Proses untuk mendapatkan nilai-

nilai parameter tersebut dinamakan proses perataan berkas. Pada proses

perataan berkas ini terdapat dua proses utama yaitu :

1. Reseksi : Proses ini dilakukan untuk menentukan parameter orientasi

luar kamera yaitu X0, Y0, Z0, ω, φ, κ. Keenam parameter orientasi luar

kamera ini dapat menunjukkan posisi dan orientasi dari kamera saat

dilakukan pengambilan foto. Dalam persamaan kesegarisan, parameter

ω, φ, κ, dituliskan dalam bentuk matriks rotasi (rmn).

2. Interseksi : Proses ini dilakukan untuk menentukan koordinat 3

dimensi ruang (XA, YA, ZA) dari titik- titik sekutu pada model, dengan

syarat titik – titik tersebut harus terfoto pada minimal dua foto yang

bertampalan.

2.2.4 Target

Penentuan orientasi antara foto yang satu dengan foto yang lain

membutuhkan sebuah titik sekutu yang dapat dikenali di beberapa foto.

Dengan memperhatikan jumlah foto, jumlah titik sekutu ini juga dapat

berjumlah sangat banyak. Proses referencing untuk semua titik tersebut akan

memakan waktu dan tenaga yang tidak sedikit apabila pengambilan foto

12

dilakukan untuk objek yang besar dan detail. Selain itu apabila salah dalam

identifikasi titik sekutu tersebut maka proses perhitungan dapat terhenti dan

waktu akan terbuang percuma. Oleh karena itu, digunakan sebuah objek

dengan pola yang telah dibuat sedemikian rupa yang diberi nama coded target.

Warna target yang digunakan sebisa mungkin kontras dengan latar

belakangnya agar dapat dikenali dengan mudah. Terdapat 2 jenis target yang

umum digunakan saat pengambilan data, yaitu :

1. Target tanpa kode : Disebut target tanpa kode karena perangkat

lunak Photomodeler Scanner tidak dapat mengidentifikasikan titik

tersebut, sehingga identifikasi dilakukan secara manual. Target

jenis ini hanya berbentuk bulat seperti ditunjukkan pada gambar

dibawah ini.

Gambar 2-6 Target tanpa kode (Marker)

2. Target berkode : Disebut target berkode karena perangkat lunak

Australis dan Photomodeler Scanner dapat

mengidentifikasikannya secara automatis. Terdapat beberapa jenis

target berkode berdasarkan jumlah bitnya. Target berkode yang

digunakan Australis dan Photomodeler pun berbeda. Pada

Photomodeler digunakan coded target dengan bentuk lingkaran

konsentris seperti ditunjukkan pada gambar 2-7.

Gambar 2-7 Target Berkode (Coded Target) Lingkaran Konsentris, a) 8-bit, b) 10-bit, c) 12-bit

Pada perangkat lunak Australis digunakan coded target dengan

bentuk sebaran titik seperti dapat dilihat pada gambar 2-8.

Pembacaan coded target ini membutuhkan algoritma yang lebih

rumit tetapi dapat memberikan jumlah kode yang lebih banyak

(Hattori, Akimoto, Fraser, & Imoto, 2002)

13

Gambar 2-8 Target berkode (Coded Target) sebaran titik

Untuk proses pembacaannya, setiap coded target tersebut

memiliki 5 titik yang terletak di posisi orientasi relatif yang sama

seperti tergambar sebagai garis merah di gambar 2-9. Perpotongan

dari garis merah tersebut dianggap sebagai pusat dari cotarget.

Gambar 2-9 Pembacaan coded target sebaran titik (Moe et al., 2010)

2.3 Akuisisi Data

Dalam pengambilan data dibagi dalam dua sesi foto, yaitu foto udara dengan

wahana tanpa awak (UAV) dan foto secara terestris. Foto udara digunakan untuk

mendapatkan area lanskap secara keseluruhan dan mendeteksi atap serta lapangan di

area tersebut, sedangkan foto terestris digunakan untuk mendapatkan detail dari area

tersebut seperti detail bangunan dan objek lain di sekitarnya.

2.3.1 Unmanned Aerial Vehicle Fotogrametri

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Fotogrametri merupakan sebuah

metode baru dalam fotogrametri yang mengaplikasikan fotogrametri rentang

dekat dengan wahana terbang, sehingga menciptakan alternatif baru yang

lebih hemat biaya dibandingkan dengan fotogrametri berawak klasik. Wahana

14

ini menggunakan radio kontrol yang dapat dioperasikan baik secara manual,

semi-otomatis, ataupun otomatis tanpa perlu adannya pilot di dalam wahana.

Semua proses mulai dari penerbangan wahana, kontrol jalur terbang, dan

pengambilan foto dapat dilakukan dari darat melalui kendali radio kontrol

(Eisenbeiß, 2009).

Gambar 2-10 Helikopter model diterbangkan untuk foto udara (Eisenbeiß, 2009).

Hasil dari foto udara ini nantinya akan menjadi peta dasar bagi proses

selanjutnya dimana model yang lebih detail akan diambil secara terestris dan

kemudian digabung pada model ini.

2.3.2 Terestrial Fotogrametri

Untuk membuat model 3D suatu bangunan tanpa mengetahui

parameter geometrinya diperlukan sedikitnya dua buah foto yang

bertampalan (foto stereo). Dengan menggunakan pasangan foto tersebut

bentuk geometri 3D suatu bangunan dapat direkonstruksi selama area

geometri yang ingin dibentuk modelnya dapat terlihat pada kedua foto

tersebut. Dalam pengambilan gambarnya jarak dan sudut kamera juga harus

diusahakan tetap paralel antara satu sama lain. Untuk mendapatkan hasil yang

baik rasio dari basis stereo (jarak antara setiap posisi kamera) dengan jarak

kamera hingga objek adalah antara 1:5 dan 1:15 (Hanke & Grussenmeyer,

2002).

15

Gambar 2-11 Pengambilan gambar foto stereo

Dalam merekonstruksi objek bangunan yang kompleks pengambilan

sepasang foto yang stereo saja tidak akan cukup dan dibutuhkan lebih banyak

pasangan foto stereo untuk dapat melingkupi keseluruhan bangunan. Untuk

mendapatkan hasil yang homogen pada keseluruhan bangunan serta

membantu dalam hal pengukuran dibutuhkan orientasi yang baik secara

simultan pada semua foto tersebut, hal ini dinamakan restitusi bundle.

Keuntungan lainnya dengan teknik ini adalah memungkinkan dilakukannya

kalibrasi on-the-job pada kamera yang dapat meningkatkan akurasi dari

kamera yang belum terkalibrasi dan tidak diketahui parameternya. Posisi

geometri kamera yang digunakan juga dapat langsung disesuaikan sendiri

yang artinya foto yang diambil tidak harus secara parallel atau stereo juga

memungkinkan perbedaan kamera atau lensa yang digunakan (Hanke &

Grussenmeyer, 2002).

Gambar 2-12 Contoh konfigurasi untuk solusi bundle

16

Tingkat akurasi fotogrametri dijital ini dapat ditentukan dalam

beberapa faktor, yaitu (Wojtas, 2010):

1. Semakin tinggi resolusi foto memungkinkan fitur-fitur yang

ditampilkan akan lebih presisi.

2. Ketelitian rekonstruksi akan lebih tinggi jika parameter kamera

telah diketahui.

3. Interseksi sudut akan lebih baik jika 90 derajat, tetapi memiliki

efek yang negatif pada proses image matching dalam beberapa

kasus.

4. Setiap fitur diharapkan ada dalam banyak citra, sehingga dapat

meningkatkan kualitas ketelitian yang memperkuat jaringan

geometri foto

5. Sudut pencahayaan yang baik

6. Pada saat pengambilan gambar akan lebih baik menggunakan

tripod untuk memastikan stabilitas dan meminimalkan efek

getaran yang dapat mengurangi ketajaman citra

2.4 Pemodelan 3 Dimensi dan Visualisasi Desain Lanskap

Dalam pembentukan model 3 dimensi dalam metode fotogrametri

rentang dekat, terdapat 2 macam metode yang dapat dilakukan yaitu dense

point cloud dan sparse point. Pemilihan model yang dibentuk tergantung dari

kebutuhan dan ketelitian yang diinginkan. Setelah proses pembuatan model

selesai dilakukan, kemudian divisualisasikan pada perangkat lunak Google

Sketchup untuk ditambahkan pewarnaan tekstur dan fitur lanskap seperti pohon

yang akan sulit dimodelkan jika menggunakan perangkat lunak PhotoModeler

Scanner.

2.4.1 Dense Point Cloud

Pemodelan dengan metode dense point cloud merupakan salah satu

metode yang paling cocok untuk memodelkan objek bertekstur. Metode ini

termasuk metode semi-otomatis karena proses pembentukan point cloud

17

dapat dilakukan dalam perangkat lunak PhotoModeler Scanner secara

ototmatis dengan melakukan sedikit pengaturan setelah semua foto yang

diperlukan melalui proses perataan berkas terlebih dahulu. Dengan

kemampuan menghasilkan point cloud yang sangat kecil akan dihasilkan

model dense yang sangat akurat sesuai dengan keadaan sebenarnya. Proses

pengambilan foto dengan metode ini dilakukan secara stereo dan diusahakan

memiliki daerah pertampalan yang besar karena kualitas point cloud yang

dihasilkan sangat bergantung proses image matching daerah yang

bertampalan tersebut.

Gambar 2-13 Bentuk geometri pengambilan data secara stereo (Murtiyoso, 2011)

2.4.2 Sparse Point

Pada penelitian ini untuk pembentukan model 3 dimensi digunakan

metode sparse point. Metode ini merupakan suatu pemodelan yang sederhana

dimana tidak diperlukan proses image matching seperti pada metode dense

point cloud. Pengolahan data dilakukan dengan melakukan marking

(penandaan) di setiap titik atau fitur yang akan dimodelkan. Minimal enam

titik harus dapat teridentifikasi di setiap pertampalan antar foto agar proses

dapat berjalan di perangkat lunak PhotoModeler Scanner (Irawan, 2011)

18

Gambar 2-14 Marking antar foto udara yang bertampalan

Pengambilan gambar objek terestris yang digunakan dalam pembuatan

Tugas Akhir ini adalah pengambilan foto secara konvergen yaitu

pengambilan gambar ke arah titik pusat objek yang diinginkan dengan sudut

antara setiap posisi kamera diusahakan antara 60-90 derajat Pengolahan

dengan metode ini relatif lebih lama karena diharuskan melakukan marking

disetiap titik yang akan dimodelkan.

Gambar 2-15 Pengambilan Gambar Secara Konvergen (Murtiyoso, 2011)

2.5 Arsitektur Lanskap

Pada bidang arsitektur lanskap hal yang perlu diperhatikan adalah batas-batas

ruang lanskap harus terlihat dan area yang terlingkupi dalam lanskap tersebut harus

tertutup. Dengan kata lain pada desain lanskap peralihan bahan yang ada pada

lanskap suatu area dapat terlihat jelas. Bahan pada desain lanskap sendiri dapat

dibagi dalam dua kategori utama, yaitu hard scape dan soft scape. Hard scape adalah

19

perkerasan bahan yang ada pada area lanskap seperti beton, aspal, paving block,

semen, dan sebagainya. Sedangkan soft scape adalah bahan-bahan yang lebih lembut

untuk lanskap seperti rumput, pohon, air, dan sebagainya. Integrasi dari dua kategori

inilah yang menciptakan lanskap suatu area dapat terjadi.

Proses yang dilalui dalam pembuatan desain lanskap sendiri membentuk siklus

dimana hasil dari proses pembuatan desain akan menjadi timbal balik untuk menjadi

masukan pada proses selanjutnya (Polk & Robert, 1999)

Gambar 2-16 Siklus desain

Proses penting yang dilakukan dalam pembuatan desain dapat didefenisikan

sebagai berikut (Polk & Robert, 1999):

1. Pengamatan : Proses mengumpulkan informasi pada suatu area dengan fakta

yang ada di lapangan dan berdasarkan tujuan dari pembuatan desain tersebut

2. Orientasi : Proses membangun sebuah model yang memungkinkan pembuat

desain untuk mengerti kondisi keadaan area yang sebenarnya dan

memvisualisasikan keadaan tersebut.

3. Pengambilan keputusan : Proses untuk menentukan pilihan-pilihan yang

mungkin untuk dilakukan agar mencapai keadaan area yang diinginkan.

4. Aksi : Proses mengimplementasikan hasil keputusuan yang telah diambil

pada proses pengambilan keputusan.

Fungsi utama dalam pembuatan desain lanskap ini yang terutama adalah untuk

visualisasi dari suatu area menjadi bentuk 3D yang dapat memudahkan pengguna

melihat secara keseluruhan area lanskap yang ada, karena pada umumnya terdapat

kesulitan dalam masalah melihat orientasi area tersebut. Arsitek lanskap biasanya

membuat desain dalam peta 2D skala besar dan kemudian menambahkan fitur

bangunan dengan perangkat lunak pengolahan gambar yang tidak disertai dengan

20

ukuran bangunan yang sebenarnya, sehingga ketelitian model tersebut tidak dapat

mencerminkan keadaan yang sebenarnya (Groneman-van der Hoeven, 2004).

Visualisasi model 3D ini juga dapat memudahkan pengguna untuk berinteraksi

dengan model lebih cepat dan efisien. Dari visualisasi model dijital 3D yang telah

dibuat dapat ditarik beberapa implementasi sebagai berikut:

1. Pengukuran : Dari model yang telah dibuat dapat dilakukan pengukuran

luasan atau volume bidang permukaan yang ada. Hal ini sangat penting

karena desain yang telah dibuat harus dapat membantu dalam

pembangunan lanskap area tersebut.

2. Pembuatan desain : Dari model desain lanskap yang ada dapat ditambahkan

fitur atau desain lain untuk memperindah lanskap yang telah ada.

3. Renovasi : Untuk mempermudah meihat keadaan fisik area yang telah ada

dan memperbaiki jika terdapat kerusakan.