8

BAB 2

SISTEM OPERASI LASER SCANNER

2.1 Laser Scanner

2.1.1 Definisi 3D Laser Scanner

3D Laser Scanner atau lebih dikenal dengan sebutan laser scanner saja

merupakan instrumen analisis objek real world yang dapat mengumpulkan data

permukaan dan bentuk objek kemudian ditampilkan dalam bentuk 3 dimensi

yang penuh warna (http://en.wikipedia.org). Data yang terkumpul dapat

digunakan untuk mengkonstruksi bentuk digital dalam model tiga dimensi yang

berguna untuk berbagai macam kebutuhan proyek. Alat ini digunakan secara

ekstensif oleh industri hiburan dalam produksi film dan video game. Aplikasi

umum lain yang biasa menggunakan teknologi ini adalah industri desain,

reverse engineering and prototyping, dan pelestarian bentuk artefak bersejarah.

Banyak macam teknologi yang dapat dikategorikan sebagai alat 3D Scanning

ini; setiap teknologi mempunyai keterbatasan, kelebihan, dan biaya yang

berbeda-beda dan perlu diingat bahwa masih banyak keterbatasan dalam hal

merekam objek-objek tertentu. Contohnya teknologi optik menemui banyak

kesulitan dengan objek yang berkilauan, menyerap sinar atau transparan dan

struktur konstruksi dengan jenis-jenis cat tertentu. Contoh 3D laser scanner

dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2.

Laser Scanner HDS (High Density Survey) 3000 Leica Geosystem.

9

Namun, pada saat ini telah ditemukan dan dikembangkan metoda-

metoda untuk menscan objek yang berkilauan, seperti melapisi objek-objek

tersebut dengan suatu lapisan tipis dari bedak putih, hal ini akan membantu

foton-foton untuk merefleksikan kembali sinar yang dipancarkan scanner. Laser

scanner dapat mengirimkan lebih dari satu trilyun cahaya foton terhadap suatu

objek dan menerima kembali foton-foton dalam persentasi yang sangat kecil

melalui optik yang digunakan. Reflektifitas objek berdasarkan warna objek atau

albedo terrestrial. Suatu permukaan yang putih akan merefleksikan banyak

cahaya dan suatu permukaan yang hitam hanya akan merefleksikan sedikit

cahaya. Objek transparan seperti gelas atau kaca hanya akan mematahkan atau

membelokkan cahaya dan memberikan informasi 3D yang salah.

2.1.2 Kemampuan

Tujuan dari suatu 3D laser scanner biasanya untuk menciptakan awan-

awan titik (point clouds) dari permukaan obyek dalam bentuk geometrik. Titik-

titik ini kemudian bisa digunakan untuk mengekstrapolasi bentuk dari subyek

(suatu proses yang disebut rekonstruksi). Jika informasi warna dikumpulkan

pada masing-masing titik maka warna-warna dari suatu permukaan subyek juga

dapat ditentukan.

3D laser scanner sangat mirip dengan kamera karena mempunyai suatu

medan pandang yang seperti kerucut, dan seperti kamera-kamera, mereka hanya

dapat mengumpulkan informasi tentang permukaan-permukaan yang tidak

digelapkan. Sementara suatu kamera mengumpulkan informasi warna tentang

permukaan-permukaan di dalam medan pandangnya, 3D laser scanner

mengumpulkan informasi jarak tentang permukaan-permukaan di dalam medan

pandangnya sehingga image yang dihasilkan oleh suatu 3D laser scanner dapat

memberikan informasi mengenai jarak antar masing-masing titik di suatu

permukaan itu.

Untuk kebanyakan situasi, single scan tidak akan menghasilkan suatu

model yang lengkap dari subyek. Dengan melakukan scanning berkali-kali,

bahkan hingga ratusan kali, dari beraneka arah biasanya diperlukan untuk

memperoleh informasi tentang semua samping dari subyek. Scan-scan ini harus

10

dibawa ke dalam suatu sistem referensi umum, suatu proses yang biasa disebut

registrasi, lalu digabungkan untuk menciptakan suatu model yang lengkap

2.1.3 Teknologi

Ada dua tipe dari 3D laser scanner yaitu kontak dan non-kontak.

Noncontact 3D laser scanner dapat lebih lanjut dibagi menjadi dua kategori

utama yaitu scanner aktif dan scanner pasif. Ada bermacam teknologi yang

merupakan turunan dari masing-masing kategori ini seperti dapat dilihat pada

gambar 3.

Gambar 3.

Macam-macam teknologi 3D Laser Scanner

2.1.3.1 Contact

Contact 3D laser scanner memeriksa subyek melalui sentuhan secara

fisik. Suatu CMM (Coordinate Measuring Machine/mesin ukur koordinat)

adalah satu contoh dari suatu 3D scanner yang memerlukan kontak. Itu

digunakan kebanyakan di dalam manufaktur dan menghasilkan bentuk model

yang sangat presisi. Namun, kerugian dari CMM adalah mutlak memerlukan

kontak dengan benda itu yang sedang diteliti. Dengan demikian, tindakan

scanning akan dapat merubah atau merusak benda itu. Fakta ini sangat penting

ketika object scanning merupakan barang berharga seperti artifak-artifak

bersejarah. Kerugian yang lain dari CMM adalah pergerakannya relatif lambat

dibandingkan dengan metoda-metoda scanning yang lain. Secara fisik

menggerakkan lengan tangan ketika CMM sedang bekerja akan sangat

melambatkan kerja alat dan CMM yang paling cepat hanya dapat bekerja pada

beberapa ratus Hertz. Kebalikannya, sistim optis seperti suatu laser scanner

dapat operasikan dari 10 hingga 500 kHz.

3D LASER SCANNER

NON-CONTACT CONTACT

NON-CONTACT ACTIVE

NON-CONTACT PASSIVE

11

Contoh-contoh lain dari contact 3D laser scanner adalah pengendali

sentuhan tangan (hand driven touch) yang digunakan untuk mendigit model

tanah liat/lempung dalam industri animasi komputer.

2.1.3.2 Non-Contact Active

Non-Contact active merupakan scanner aktif yaitu scanner yang dapat

memancarkan semacam radiasi atau cahaya dan mendeteksi pantulannya untuk

mendapatkan data bentuk dan ukuran suatu obyek atau lingkungan. Tipe-tipe

emisi atau pancaran yang mungkin digunakan adalah cahaya, ultrasound atau

sinar x. Non-contact active scanner terdiri atas berbagai tipe scanner seperti

yang terlihat pada gambar 4.

Gambar 4.

Diagram macam-macam teknologi non-contact active scanner

NON-CONTACT ACTIVE

TIME-OF-FLIGHT

TRIANGULASI CONOSCOPIC HOLOGRAPHY

CAHAYA TERSTRUKTUR

CAHAYA TERATUR

12

A. Time-of-flight

Gambar 5.

Time-0f-flight measurement

3D laser scaner time-of-flight adalah salah satu teknologi dalam

scanner aktif, teknologi yang digunakan daam scanner ini menggunakan cahaya

laser untuk memeriksa subyek. Laser range finder adalah scanner yang

menggunakan teknologi ini. Laser scanner range finder menemukan jarak dari

suatu permukaan dengan perhitungan waktu perjalanan pulang pergi satu pulsa

cahaya. Suatu laser digunakan untuk memancarkan satu pulsa cahaya dan

menghitung waktu sebelum cahaya pantul itu dilihat oleh suatu detektor.

Karena kelajuan cahaya c telah diketahui, dengan mengukur perjalanan pergi

pulang cahaya maka jarak tempuh cahaya dapat ditentukan.

Laser range finder hanya mendeteksi jarak dari satu titik dalam arah

pandangannya. Dengan demikian, scanner memindai seluruh medan pandang

nya dan mendapatkan satu titik dalam satu waktu yang sama, dengan

mengubah arah pandangan range finder didapatkan titik-titik pada daerah yang

berbeda. Arah pandangan laser range finder dapat diubah baik oleh rotasi

maupun range finder sendiri, atau dengan menggunakan suatu sistimrotasi

cermin. Metoda yang disebut terakhir biasa digunakan karena cermin-cermin

lebih ringan dan dapat diputar lebih cepat dan dengan akurasi yang sangat

tinggi. Kekhasan 3D laser scaner Time-of-flight ini dapat mengukur jarak dari

10,000 ~100,000 titik per detik.

13

B. Triangulasi

Prinsip dari suatu sensor triangulasi laser. Posisi dua objek ditunjukkan

pada gambar 6 di bawah.

Gambar 6. Prinsip Triangulasi antara 2 objek

3D laser scaner triangulasi adalah salah satu jenis scanner aktif yang

menggunakan cahaya lasernya untuk memeriksa lingkungan. Berkenaan

dengan time-of-flight 3D laser scaner, triangulasi laser menerangi suatu laser

pada subyek dan memanfaatkan kamera untuk mencari lokasi titik laser.

Tergantung pada seberapa jauh laser mengenai suatu permukaan, titik laser

muncul pada tempat yang berbeda di dalam medan pandang kamera itu.

Teknik ini disebut triangulasi karena titik laser, kamera dan pemancar laser

membentuk suatu segi tiga. Panjang samping dari segi tiga, jarak antara

kamera dan pemancar laser diketahui. Sudut dari pemancar laser adalah juga

diketahui. Sudut dari pojok kamera dapat ditentukan dengan memperhatikan

lokasi titik laser di dalam medan pandang kamera itu. Tiga potongan dari

informasi ini menentukan bentuk dan ukuran dari segi tiga secara keseluruhan

dan memberi lokasi titik laser pada segi tiga. Dalam banyak kasus suatu garis

laser disapu melintasi objek untuk mempercepat proses akuisisi data. National

Research Council Canada merupakan salah satu institut pertama yang

mengembangkan triangulasi berdasarkan teknologi laser scanning pada tahun

1978.

C. Conoscopic Holografi

14

Di dalam sistem conoscopic suatu cahaya laser diproyeksikan ke

permukaan lalu pantulan yang segera didapat sepanjang lintasan cahaya yang

sama disimpan melalui suatu Kristal conoscopic dan diproyeksikan ke suatu

CCD. Hasilnya adalah suatu pola difraksi yang dapat dianalisa secara berkala

untuk menentukan jarak dari permukaan yang diukur. Keuntungan utama

dengan Conoscopic Holography adalah hanya memerlukan satu lintasan

cahaya untuk mengukur, hal ini memberi suatu peluang untuk mengukur di

kedalaman suatu lubang pengeboran dengan sempurna.

D. Cahaya Tersruktur

3D scanner cahaya terstruktur memproyeksikan pola cahaya pada

subjek dan dan memperhatikan deformasi pola pada subyek. Pola dapat berupa

satu atau dua dimensi. Sebagai contoh satu dimensi adalah garis. Garis di

proyeksikan kepada subjek menggunakan proyektor LCD atau laser penyapu.

Suatu kamera, posisi sedikit offset dari proyektor pola, melihat bentuk dari

baris dan menggunakan suatu teknik serupa dengan triangulasi untuk

menghitung jarak dari tiap titik. Pada kasus suatu pola garis tunggal, garis

disapu memanjang medan pandang untuk mengumpulkan informasi jarak satu

garis pada waktu yang sama.

Contoh dari pola dua dimensi adalah grid atau pola garis-garis. Suatu

kamera digunakan untuk memperhatikan deformasi pola dan suatu algoritma

kompleks digunakan menghitung jarak pada masing-masing titik di dalam

pola. Pertimbangkan sebuah array dari garis laser vertikal yang paraLel

menyapu secara horizontal ke arah target. Pada kasus yang sederhana,

seseorang dapat menganalisis sebuah image dan mengasumsikan bahwa urutan

garis pantul dari kiri ke kanan merupakan urutan laser pada array, sehingga

image yang paling kiri merupakan laser yang pertama dan selanjutnya

merupakan laser yang kedua, dan seterusnya. Bagaimanapun pengurutan ini

diuraikan sebagai garis sering tersembunyi dan mungkin tampil untuk

mengubah urutan, menghasilkan ambiguitas garis laser. Masalah khusus ini

telah dipecahkan baru-baru ini melalui sebuah terobosan teknologi yang

dinamakan Multistripe Laser Triangulation (MLT). Cahaya terstruktur masih

merupakan area penelitian yang masih aktif dan terus berkembang ditandai

15

dengan banyak dipublikasikannya jurnal-jurnal penelitian di area penelitian ini

setiap tahunnya

Keuntungan dari cahaya terstruktur 3D scanner adalah kecepatannya.

Dibandingkan menscan hanya satu titik pada satu waktu, scanner dengan

cahaya terstruktur menscan banyak titik atau seluruh medan pandang dalam

satu waktu. Hal ini mereduksi atau mengeliminasi masalah dari distorsi akibat

gerakan. Beberapa system pemindai mampu memindai objek bergerak secara

real time.

Baru-baru ini Song Zhang dan Peisen Huang dari Stony Brook

University mengembangkan suatu pemindai real-time menggunakan proyeksi

pinggiran digital (digital fringe projection) dan teknik pergeseran fasa (phase-

shifting technique). Sistem ini mampu menangkap, merekonstruksi dan dan

melakukan high-density rendering terhadap detail objek terdeformasi yang

bergerak secara dinamis (seperti ekspresi wajah) dengan kecepatan 40 frame

per detik(Zhang, Song., Huang, Peisen., 2006).

E. Cahaya Teratur

3D scanner dengan cahaya termodulasi memancarkan sinar secara

terus menerus dan mengubah pola pencahayaan pada subyek. Biasanya

sumber cahaya merambatkan amplitudonya dalam suatu pola sinusoidal.

Sebuah kamera mendeteksi refleksi cahaya dan jumlah pola cahaya

yang digeserkan dengan menentukan jarak dari perjalanan cahaya.

2.1.3.3 Non-Contact Passive

Pemindai pasif tidak memancarkan radiasi sendiri, tetapi bergantung

pada deteksi pantulan radiasi dari lingkungan. Kebanyakan pemindai dari tipe

ini mendeteksi cahaya kasat mata karena merupakan radiasi pantulan dari

lingkungan yang ada. Radiasi jenis lain seperti infra merah juga dapat

digunakan. Metoda-metoda pasif dapat menjadi sangat murah, karena dalam

banyak kasus mereka tidak memerlukan perangkat keras tertentu. Macam-

macam teknologi non-contact passive dapat dilihat pada gambar 7 di halaman

berikut.

16

Gambar 7.

Diagram teknologi non-contact passive

A. Stereoskopis

Sistem stereoskopik biasanya mempekerjakan dua kamera video,

sedikit terpisah, memperhatikan pandangan yang sama. Dengan menganalisa

perbedaan tipis antara gambar yang dihasilkan tiap kamera memungkinkan

untuk menentukan jarak antara tiap titik pada gambar. Metode ini didasarkan

pada penglihatan stereoskopis manusia.

B. Silhouette

Tipe-tipe dari 3D scanner ini menggunakan garis besar yang diciptakan

dari urutan foto-foto di sekitar objek 3D melawan latar belakang yang sangat

kontras. Bayangan yang terbentuk menekan dan memotong serta membentuk

lubang visual aproksimasi dari objek. Dengan teknik semacam ini beberapa

jenis kecekungan dari objek tidak bisa terdeteksi.

C. User Assisted

3D scanner jenis ini bekerja berdasarkan prinsip-prinsip fotogrametri.

Prinsip kerja yang serupa dengan metode fotografi panorama, kecuali bahwa

foto-foto diambil dari satu objek pada ruang 3D untuk mereplikasikan,

dibandingkan dengan cara mengambil satu seri foto dari satu titik di dalam

ruang tiga dimensi dalam rangka untuk mereplikasikan keseluruhan

lingkungan sekitar.

NON-CONTACT PASSIVE

STEREOSKOPIS SILHOUETTE USER ASSISTED

17

2.1.4 Rekonstruksi

Point clouds yang dihasilkan oleh 3D scanner biasanya tidak

digunakan secara langsung. Kebanyakan aplikasi tidak menggunakan point

clouds, tetapi sebagai gantinya menggunakan model 3D bersudut banyak.

Proses mengubah suatu point cloud ke dalam suatu model 3D yang bersudut

banyak disebut rekonstruksi. Dalam proses ini titik adjacent dicari lalu

dihubungkan untuk menciptakan suatu permukaan yang continue. Banyak

algoritma telah tersedia untuk tujuan ini misalnya photo modeler dan image

model.

2.2 Pengenalan alat High Definition Surveying 3000 (HDS 3000)

High Definition Surveying 3000 atau lebih dikenal dengan HDS 3000

merupakan salah satu alat baru di bidang survei pengukuran yang berbasis 3D

laser mapping yang dikeluarkan oleh Leica Geosystems. Alat ini merupakan

pengembangan dari alat survey Electronic Total Station (ETS) yang sering

dipakai saat ini. Menurut Lemmens (2004) ada sejumlah alat pemetaanlain

yang berbasis pada konsep 3D laser mapping seperti halnya HDS 3000 pada

kurun waktu 4 tahun terakhir antara lain:

1. Delta Sphere-3000 dan Delta Sphere-3000IR, produksi dari 3rd Tech.

2. CP 3200, produksi CALLIDUS Precision Systema.

3. I-SITE 4400, produksi I-SITE.

4. iQsun 880, produksi iQsun.

5. HDS 2500, HDS 3000, dan HDS 4500, produksi Leica Geosystems HDS.

6. ALTM 3100 dan ILRIS-3D, produksi Optech.

7.RIEGL LMS-Z210i dan RIEGL LMS-Z420i, produksi RIEGL Measurement

Systems.

8. GS101 dan GS200, produksi Trimble.

9. 3D Laser Measurement System: Imager 5003 dan Profiler 6000, produksi

Zoller+Frhlich.

18

2.2.1 Spesifikasi HDS 3000

Secara umum spesifikasi dari HDS 3000 adalah sebagai berikut

(http://leicageosystem.com) :

a. ketelitian

1. ketelitian jarak : 4 mm pada jarak 50 m

2. ketelitian posisi : < 6 mm pada jarak 50m

3. ketelitian sudut vertikal : 60 mikroradian

4. ketelitian sudut horisontal : 60 mikroradian

b. cakupan

1. jarak efektif : 0 100 m

2. cakupan sudut horisontal (per Scan) : 360

3. cakupan sudut vertikal (per Scan) : 270

c. sistem laser

1. jenis laser : kelas 3R (IEC 60825-I)

2. warna laser : hijau

3. panjang gelombang : dual frekuensi dengan panjang 523 nanometer

d. sistem power

1. Power supply : input 12V

2. konsumsi power : rata-rata < 80 W

3. jenis baterai : sealed lead acid

4. kapasitas baterai : 6 jam pada pengukuran dengan temperatur standard

5. status indikator baterai : 5 buah indikator, indikator status Charging dan

indikator tingkat power (High, Medium, Low)

e. lingkungan

1. temperatur operasional : 0 40o C

2. penyimpanan : -25o 65o C

3. cahaya : dapat dioperasikan pada siang dan malam hari

f. fisik alat

1. dimensi Scanner : panjang 265 mm, lebar 370 mm, tinggi 510 mm

2. bobot scanner : 16 kg (35 lbs)

3. dimensi baterai : panjang 165mm, lebar 236 mm, tinggi 215 mm

4. bobot baterai : 12 kg (26 lbs)

g. perangkat lunak : Cyclone TM

19

h. Perlengkapan HDS 3000 :

1. tempat scanner ( Scanner case)

2. tribach dan tripod scanner

3. kabel Ethernet untuk menghubungkan scanner dengan laptop

4. perangkat lunak Cyclone 5.2

5. target scan dan perlengkapannya

6. 2 buah tempat baterai yang masing - masing terdiri atas : baterai, kabel

penghubung baterai dengan scanner, dan charger baterai.

2.3 Prinsip kerja laser scanner

2.3.1 Sistem perekaman data

HDS 3000 seperti laser scanner lainnya tidak memerlukan reflektor

dalam merekam objek yang diinginkan, kelebihan ini lebih dikenal dengan

istilah reflectorless atau reflektornya adalah objek itu sendiri. Prinsip dasar

dari proses perekaman data HDS 3000 ini menggunakan prinsip perambatan

gelombang, yaitu scanner memancarkan gelombang sinar laser ke objek dan

kemudian objek tersebut memantulkan kembali gelombang sinar tersebut,

seperti dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Prinsip Kerja Perekaman Data

20

Gelombang sinar laser yang dipantulkan oleh objek di ukur waktu

perambatannya hingga diterima kembali oleh alat, kemudian direkam. Waktu

yang diperlukan untuk mengiriman gelombang sampai menerima pantulannya

kembali disebut waktu pergi pulang gelombang atau disimbolkan dengan t,

karena kecepatan rambat cahaya merupakan tetapan yang dikenal dengan

simbol c, maka dari 2 tetapan tersebut dapat diketahui jarak antara alat dengan

obyek berdasarkan persamaan berikut:

R = ( c . t )/ 2

Keterangan :

R : jarak dari scanner ke titik objek

C : kecepatan gelombang sinar laser

T: jumlah waktu pergi dan pulang

Selain jarak, dari proses perekaman data dapat diketahui pula sudut

horizontal dan sudut vertikal. Dari pengukuran sudut dan jarak tersebut dapat

diketahui koordinat titik objek. Data hasil pengukuran pada setiap kali berdiri

alat HDS 3000 adalah dalam koordinat 3D yang sering disebut dengan

ScanWorld.

2.3.2 Sistem pengukuran

Sistem pengukuran laser scanner dari beberapa tempat berdiri alat

dapat dilihat pada gambar 9.

Gambar 9. Sistem pengukuran laser scanner

Scan area

ScanWorld 1

ScanWorld 2

ScanWorld 3

Titik referensi

21

Sistem pengukuran dengan laser scanner biasanya menggunakan

metode multiple scan atau melakukan scanning berkali-kali pada posisi yang

berbeda-beda. Banyaknya scanning yang dilakukan tergantung pada

kebutuhan ketelitian detail objek yang diinginkan, semakin banyak scanning

yang dilakukan pada suatu objek akan semakin banyak detail yang dihasilkan

dan semakin teliti model objek yang terbentuk. Setiap kali alat berdiri untuk

melakukan scanning dikenal dengan nama ScanWorld(SW) dalam tampilan

software Cyclone 5.2. ScanWorld yang tersimpan dalam database software

digunakan dalam proses registrasi untuk menghasilkan modelspace yang unify.

Untuk lebih lengkap mengenai sistem pengukuran laser scanner dapat dilihat

pada bagian prosedur pelaksanaan.

2.3.3 Prosedur pelaksanaan

Survei Pendahuluan

Orientasi Scanner

Membuat Database

Checkl Local Area Networking (cek IP Address)

Connecting to Scanner

Objek - Detil - Titik Referensi

Acquire Photo Image

YA

TIDAK

22

Peng

olah

an D

ata

yang

dila

kuka

n

Gambar 10.

Diagram Prosedur Pelaksanaan

2.3.3.1 Pekerjaan lapangan

1. Survei pendahuluan

Survei pendahuluan adalah pekerjaan awal sebelum dilakukan

pengukuran dengan tujuan untuk mengetahui lokasi obyek yang akan diukur

dan kondisi di sekitarnya. Dalam melakukan survei pendahuluan dibuat sket

awal yang merupakan gambaran dari lokasi objek dan kondisi daerah di

sekitarnya yang merupakan hasil dari pengamatan sementara. Dari hasil

Scanning

Registrasi

Analisis Hasil Registrasi

Unifikasi Model Space

Clear Fence

Model Space 3D

Region Grow

Model 3D Offshore Platform

Aplikasi Engineering

Konversi ke Format Lain

YA

TIDAK

23

survey pendahuluan tersebut dapat ditentukan perlengkapan pendukung selain

alat ukur utama yang dibawa,yaitu estimasi waktu, jumlah personil, dan

akomodasi yang akan diperlukan selama proses pengambilan data di lapangan.

2. Orientasi scanner

Pekerjaan pertama kali yang dilakukan sebelum melakukan

pengambilan data adalah melakukan orientasi scanner, kegiatan dalam

orientasi scanner yaitu menentukan posisi scanner terhadap objek dalam

merekam data. Dalam melakukan orientasi scanner harus diperhatikan posisi

yang strategis, dimana dari posisi tersebut scanner dapat merekam objek

dengan hasil yang maksimal. Selain itu harus diperhatikan pertampalan objek

hasil perekaman dari dua posisi scanner yang berdekatan, dimana pertampalan

tersebut harus memenuhi syarat agar data hasil perekaman dapat diregistrasi

dan diolah lebih lanjut. Dalam orientasi scanner juga dibuat gambar sketsa

lapangan yang menggambarkan posisi scanner dalam melakukan perekaman

data, agar memudahkan dalam melakukan pengolahan data nantinya.

3. Mendirikan alat dan membuat database

Setelah orientasi scanner selesai, maka pengukuran dimulai dengan

mendirikan scanner pada posisi yang telah ditentukan. Langkah-langkah

dalam mendirikan scanner adalah sebagai berikut :

1. Mendirikan tripod diatas titik yang telah ditentukan. Pastikan tripod berdiri

dengan kokoh,

2. Memasang tribach diatas tripod,

3. sentering tribach dengan cara mengatur skrup penyetel A, B, C, sehingga

sumbu satu benar-benar vertikal atau tribach benar-benar datar,

4. Memasang scan head HDS 3000 diatas tribach,

5. Membuka penutup pada jendela scan head,

6. Memasang kabel data antara scan head dengan laptop dan kabel power

antara scan head dengan baterai,

7. Unlock scan head, yaitu membuka kunci pada scan head sehingga scan

head dapat berputar bebas,

8. Booting scan head, yang dilakukan dengan menekan tombol On-Off pada

24

baterai dan menghidupkan laptop. Dalam tahap ini scan head membaca

program yang ada karena adanya arus listrik yang masuk dan memastikan

scan head siap untuk dihubungkan dengan laptop. Proses booting ditandai

dengan Apabila proses booting selesai maka akan ditandai dengan

menyalanya lampu indikator berwarna hijau pada Scan Head, hal ini berarti

scanner telah siap untuk dikoneksikan dengan laptop dan siap melakukan

perekaman data.

Selama proses booting scanner, maka kegiatan yang dilakukan adalah

membuat database. Database digunakan sebagai tempat penyimpanan hasil

perekaman data. Langkah-langkah dalam pembuatan database sebagai berikut

:1. membuka jendela Cylone navigator

2. membuat database dengan nama ZAKUM, dengan memilih command

Add / Database yang ada pada menu Configure / Database.

Gambar 11. Pembuatan database

Setelah database dibuat, kemudian dibuat project baru pada database.

Project baru dibuat dengan perintah Create / project pada menu utama pada

jendela navigator.

4. Koneksi cyclone ke scanner

Pada tahap ini yang dilakukan adalah menghubungkan cylone yang

ada pada laptop dengan Scan head, sehingga Cyclone dapat mengendalikan

scan head dalam melakukan perekaman data. Dalam proses koneksi ini harus

dipastikan bahwa scan head telah siap untuk melakukan scanning yang

ditandai dengan menyalanya lampu indikator ready pada scan head. Langkah-

langkah dalam koneksi cyclone ke scanner adalah sebagai berikut :

25

1. membuka jendela navigator

2. dobel klik pada p-659 yang ada pada folder scanners, maka akan muncul

jendela scan control. Kemudian memilih database dan project yang telah

dibuat.

Gambar 12. Pemilihan database dan project untuk scanning

3. melakukan koneksi dengan scan head dengan perintah Connect pada menu

Scanner. Jika koneksi berhasil maka pada pojok kiri bawah jendela scan

Control akan muncul kalimat Connected and ready, tetapi jika connecting

tidak berhasil maka harus dilakukan pengecekan pada Local Area

connection, yaitu dengan check ulang TCP/IP addressnya, jika TCP/IP

address sudah benar maka koneksi akan dapat dilakukan. TCP/ IP address

adalah alamat local area conection dari lisensi scanner HDS 3000 yang

digunakan.

5. Acquire photo image

Acquire Photo Image merupakan proses perekaman gambar atau

image dari objek sebelum dilakukan scanning. Dengan adanya image, maka

dapat dilakukan proses scanning dengan ketelitian yang diinginkan dan dapat

dipilih obyek-obyek tertentu yang akan di scan, sehingga scanning dapat

dilakukan dengan seefektif dan seefisien mungkin. HDS 3000 didesain untuk

merekam image fotografik yang merupakan mosaik dari beberapa potongan

image, dimana tiap potongan image berukuran 200 x200 (cakupan window

HDS 3000 adalah 3600 untuk bidang horisontal dan 2700 untuk vertikal).

Langkah langkah dalam Acquire Photo Image adalah :

26

1. Menentukan lebar window pada bidang horisontal dan vertikal dari objek

yang akan diambil gambarnya. Untuk horisontal dapat ditentukan batas

windownya dengan menggunakan tombol Quick scan pada Scan Head.

2. Adjust Exposure, yaitu menentukan besarnya tingkat pencahayaan yang

diinginkan. Selain itu juga dilakukan setingan terhadap resolusi dari image

yang akan diambil, dimana pada penelitian ini resolusi dipilih high

resolution agar memudahkan dalam mengamati obyek yang akan discan.

3. Pengambilan gambar atau image dengan perintah get image pada menu

scanner control.

Gambar 13. Get Image pada menu Scanner Control

4. image hasil perekaman ditampilkan dengan perintah Show Image pada

menu Scanner Control.

6. Scanning

Scanning adalah proses perekaman data objek, dimana data hasil

perekaman secara otomatis akan disimpan dalam database dan project yang

telah tentukan pada saat awal pengukuran. Data objek hasil perekaman disebut

dengan data point cloud. Tahap-tahap dalam proses scanning antara lain

sebagai berikut :

1. menentukan area yang akan disiam pada image hasil perekaman. Hal ini

dilakukan dengan cara menentukan batas area yang akan disiam pada

menu Field Of View.

27

Gambar 14. Tampilan pada Field Of View pada Scanworld 1

2. mengeset resolusi scanning, yaitu menentukan ketelitian dari point cloud

yang diinginkan. Dalam proses ini yang diset adalah range (jarak scanner

terhadap objek) dan sample spacing (jarak antar titik yang akan disiam).

Semakin kecil sample spacing maka akan semakin teliti data point

cloud hasil peyiamannya namun semakin lama waktu yang dibutuhkan, dan

memori untuk penympanannya juga semakin besar. Pada penelitian yang

dilakukan, range yang digunakan rata-rata 100 m, sedangkan untuk sample

spacingnya antara 4-6 mm. Pengesetan resolusi scanning ini dilakukan pada

kotak menu resolution.

Gambar 15. tampilan pada setingan resolution Scanning

3. Scanning. Setelah daerah yang akan disiam telah dipilih dan diatur

resolusi scanningnya, maka selanjutnya dilakukan scanning dengan

menggunakan perintah Scan pada jendela Scan Control. Karena tiap area

yang discan memiliki range dan sampling spacing yang berbeda, maka

dalam penelitian ini digunakan fungsi Scanner Script. Dengan scanner

script maka dapat dilakukan scanning beberapa area yang berbeda range

28

dan sample spacing sekaligus dalam satu kali proses scanning. Scanner

script digunakan dengan perintah edit script pada menu scanner control.

2.3.4.2 Pekerjaan kantor 1. Registrasi data

Data hasil perekaman objek, kemudian di registrasi. Tujuan dari

registrasi adalah untuk menggabungkan data dari beberapa Scanworld (tempat

berdiri alat) menjadi satu, sehingga memiliki sistem koordinat yang sama dan

tidak terpisah-pisah seperti sebelumnya. Prinsip kerja dari registrasi

sebenarnya adalah transformasi koordinat sebangun 3D, dimana dalam

transformasi koordinat 3D dibutuhkan minimal 3 titik ikat.

Berdasarkan jenis titik ikat yang digunakan, maka ada 3 metode yang

digunakan dalam melakukan registrasi data. metode tersebut yaitu :

1. Metode Target to target

2. Metode point to point

3. Metode kombinasi

Pada metode target to target, titik ikat yang digunakan untuk registrasi

adalah titik target yang dipasang di sekitar objek dan diidentifikasi pada saat

perekaman data. Kelemahan dari metode ini adalah jika ketelitian hasil

registrasi masih kurang maka target yang ketelitiannya kurang harus

dieleminir. Sehingga jika target yang digunakan pada saat pengambilan data

jumlahnya terbatas maka harus dilakukan pengukuran ulang.

Berdasarkan proses registrasi yang dilakukan, maka registrasi terbagi

atas 2 metode yaitu:

a.Registrasi secara bertahap. Registrasi scanworld dilakukan dalam

beberapa tahap registrasi. Registrasi yang pertama dilakukan adalah

dengan registrasi antara 2 scanworld, dimana salah satu scanworld

merupakan scanworld yang akan dijadikan sebagai sistem referensi

dari semua scanworld yang akan diregistrasi. Hasil dari registrasi

pertama kemudian diregistrasi dengan scanworld lain yang memiliki

pertampalan dengan salah satu atau kedua scanworld pada registrasi

pertama, dimana yang dijadikan sebagai referensi adalah scanworld

hasil registrasi pertama.

29

b. Registrasi secara keseluruhan. Semua scanworld diregistrasi dalam

satu kali registrasi. Meskipun dalam satu kali registrasi, namun

prinsip transformasinya hampir sama dengan registrasi secara

bertahap. Pada registrasi ini dipilih pasangan-pasangan scanworld

yang memiliki pertampalan, dimana tiap pasangan scanworld salah

satu scanworld bertampalan dengan scanworld referensi atau

bertampalan dengan scanworld lain yang bertampalan dengan

scanworld referensi. Setelah titik ikat dari pasangan scanworld

ditentukan , kemudian dilakukan registrasi secara bersamaan.

Kelebihan dari registrasi ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk

melakukan registrasi lebih cepat, karena semua scanworld

diregistrasi dalam waktu yang bersamaan.

A. Metode penentuan titik ikat

Metode penentuan titik ikat. Dalam penentuan titik ikat yang

digunakan untuk registrasi, maka titik ikat dipilih secara manual pada

titik objek hasil pengukuran, dimana titik tersebut harus mudah untuk

diidentifikasi, misalnya pojok dinding. Selain itu titik-titik ikat yang

dipilih harus berada pada daerah pertampalan. Posisi dari titik-titik ikat

di daerah pertampalan diusahakan agar distribusinya merata, tidak

hanya ditengah pertampalan saja atau di tepi saja, tetapi harus

menyebar baik ditengah maupun ditepi dari daerah pertampalan. Hal

ini bertujuan agar hasil registrasi yang didapatkan memiliki ketelitian

yang baik, karena jika titik-titik yang dipilih persebarannya kurang

(mengumpul di tengah atau hanya ditepi pertampalan), maka hasil

registrasi akan memiliki ketelitian yang tidak merata, karena ketelitian

yang baik hanya didapatkan di daerah sekitar titik ikat. Sedangkan titik

yang jauh dari titik ikat memiliki ketelitian yang rendah. Selain hal

tersebut diatas, yang digunakan sebagai dasar agar titik objek yang

dipilih dapat digunakan sebagai titik ikat dalam registrasi adalah jarak

antar titik yang bersesuaian antara scanworld referensi dengan

scanworld yang akan ditransformasikan, dimana besarnya toleransi

jarak antar titik yang bersesuaian tersebut ditentukan sebelum

dilakukan proses registrasi.

30

B. Transformasi koordinat sebangun 3D

Pada transformasi koordinat sebangun 3D, digunakan minimal

3 titik ikat yang diketahui koordinatnya. Titik ini digunakan untuk

mencari nilai parameter dari transformasi tersebut. Jumlah parameter

yang harus dicari dalam transformasi 3D ini ada 7 buah, yaitu skala

(), rotasi ( , , ), dan translasi (Tx, Ty, Tz). Rumus umum

transformasi koordinat 3D sebagai berikut :

Parameter-parameter transformasi koordinat 3D tersebut dicari

dengan menggunakan hitungan kuadrat terkecil metode parameter.

C. Hitungan kuadrat terkecil metode parameter

Titik ikat yang digunakan untuk registrasi data pada dasarnya

digunakan untuk mencari besaran parameter transformasi sebangun

3D. Besaran parameter tersebut dihitung dengan hitungan kuadrat

terkecil metode parameter. Dalam hitungan kuadrat terkecil metode

parameter, dari hasil suatu pengukuran akan dibentuk persamaan yang

menyatakan hubungan antara ukuran dengan parameternya.

2. Unify model space hasil registrasi

Prinsip dasar dari proses unify adalah untuk menyeragamkan point

cloud model space hasil registrasi, sehingga memudahkan untuk melakukan

pengolahan selanjutnya. Proses penyeragaman ini meliputi unit ukuran (unit),

dimensi point cloud (point thickness), dan tingkat dari point cloud (Thickness).

Selain penyeragaman tersebut, unify juga digunakan untuk mereduksi point

cloud dengan cara mengatur spasi antar point cloud yang akan direduksi.

3. Clear Fence

Clear fence merupakan fungsi dalam software cyclone untuk

menghilangkan objek-objek yang tidak diperlukan yang berada dalam model

space yang telah unify.

31

4. Region Grow

region grow merupakan proses untuk merubah bentuk point cloud

menjadi model 3D solid, dibentuk sedikit demi sedikit dengan teliti hingga

yang menampilkan model objek yang utuh.

5. Konversi ke format lain

Model 3D solid yang telah terbentuk disimpan dengan file ektensi

.COE untuk kemudian diimpor dan dibuka dalam software CAD 2D untuk

digunakan untuk keperluan lebih lanjut. Pengimporan file ke format CAD 2D

dilakukan karena format gambar teknik CAD 2D yang umum digunakan

dalam setiap pekerjaan engineering.

2.3.3 Sistem koordinat.

Scanworld menggunakan sistem koordinat yang mengikuti prinsip

aturan tangan kanan dengan pusat sumbu koordinat pada pusat scanner.

Orientasi sumbu-sumbu koordinat dari HDS 3000 yaitu : sumbu Y+ searah

dengan arah Scanner, sumbu X+ tegak lurus sumbu Y ke arah kanan dari arah

Scanner, dan sumbu Z+ tegak lurus sumbu X dan sumbu Y ke arah atas

(Gambar 10). Dari hasil pengukuran jarak dan sudut, maka koordinat titik

objek dapat diketahui;

Z = R . sin

X = R . cos . sin

Y = R . cos . cos

Keterangan:

R : jarak dari scanner ke titik objek

: sudut horisontal titik objek

: sudut vertikal objek

32

Gambar 16. Prinsip Koordinat Titik Objek dari Data Jarak dan Sudut

(kholiq, 2006)

2.4 Perangkat lunak cyclone 5.2

Cyclone 5.2 merupakan perangkat lunak yang dikembangkan oleh

Cyra untuk efisiensi operasional semua sistem scanning HDS dari Leica.

Secara singkat perangkat lunak Cyclone 5.2 memiliki 3 fungsi utama yaitu :

1. mengoperasikan Scanner sehingga dapat dilakukan perekaman data

objek

2. mengolah data hasil perekaman

3. mengintegrasikan data hasil pengolahan dengan aplikasi lain

Saat memulai aplikasi Cyclone maka tampilan yang akan muncul

pertama kali adalah jendela navigator Cyclone (Cyclone window navigator) ..

Jendela navigator merupakan jendela utama dan sebagai pusat untuk

mengoperasikan scanner serta untuk mengatur database dalam komputer.

Jendela navigator juga digunakan untuk membuat objek seperti :

1. Project

2. Model Space dan Model Space View

3. Scanworld, dan

4. Registrasi

33

Di dalam perangkat lunak Cyclone 5.2 ada beberapa istilah yang

penting untuk diketahui, antara lain :

1. Scanworld

Scanworld merupakan kumpulan titik-titik objek hasil scanning(point

Clouds) dalam satu posisi berdiri alat, dimana kumpulan titik-titik

objek tersebut memiliki suatu sistem koordinat tertentu. Suatu

Scanworld dapat terdiri dari scanworld lain melalui registrasi data.

Umumnya satu scanworld terdiri atas ModelSpace, Scan, dan Control

Space dan image..

2. Model Space

Model Space berisi informasi data point cloud dari database yang telah

diproses, dimodelkan, atau diubah dengan fungsi tertentu.

3. Model Space View

Model Space View merupakan bagian dari Model Space yang berisi

tampilan data hasil scanning (point Clouds). Sehingga pengolahan data

hasil scanning maupun registrasi diolah di bagian ini.

4. Control Space

Control Space hampir sama dengan Model Space View yaitu berisi data

titik-titik objek hasil scan, bedanya Control Space digunakan sebagai

dasar untuk proses registrasi.

Perangkat lunak Cyclone dapat dikoneksikan dengan perangkat lunak

lain. Beberapa perangkat lunak tersebut antara lain yaitu; Autocad,

Microstation, PDS, dan Auto Plant. Keempat perangkat lunak tersebut dapat

dikoneksikan langsung dengan Cyclone melalui Plug-In dengan format data

COE (Cyclone data Exchange). Selain format COE, ada beberapa format data

lain yang dapat diimport ke Cyclone antara lain yaitu; data ASCII (XYZ, PTS,

SVY, PTX, TXT), RIEGL 3DD, CGP, BMP, JPEG, dan TIFF. Sedangkan

untuk format data yang dapat diexsport dari Cyclone antara lain; COE, data

ASCII (XYZ, PTS, SVY, PTX, TXT), BMP, JPEG, dan TIFF (Kholiq, 2006).