Stereo Display And Position Detection For HMD

Zainul Arifin (50407931)

Jurusan Teknik Informatika, Teknologi Industri

Universitas Gunadarma

Jl. Margonda Raya,100, Pondok Cina, Depok

Email: Zay_Anakbetawi@yahoo.com

ABSTRAK

Perkembangan ilmu pengetahuan dan perkembangan teknologi yang pesat, telah

mendorong perubahan yang sangat besar di dalam kehidupan manusia, Banyak hal-hal yang

cukup menarik dalam sejarah perkembangannya selama setengah abad terakhir ini, salah

satunya adalah tentang perkembangan teknologi alat digital, komputer serta proses

pengolahan gambar digital itu sendiri. Perkembangan dalam Pengolahan image mampu

menciptakan beberapa perubahan dimensi, mulai dari 2 Dimensi hingga 4 Dimensi, sehingga

ditemukan beberapa animasi yang tercipta dari proses pengolahan image.

Dalam melakukan penelitian, pembuatan serta pengembangan animasi, diperlukan

beberapa metode yang harus dilakukan. Seperti, Pencarian data-data yang dibutuhkan untuk

pembuatan dan pengembangan image serta animasi ini. Selanjutnya memepelajari proses

pengembangan image serta menerapkannya pada aplikasi untuk mengembangkan image

tersebut, yaitu dengan menggunakan software Blender 2.49. Melakukan modelling, scripting

serta compiling aplikasi. Tahap terakhir adalah menguji coba aplikasi.

Kata Kunci : Motion Tracking, Stereo Display, Head Mounted Display

PENDAHULUAN

Perkembangan ilmu pengetahuan

dan perkembangan teknologi yang pesat,

telah mendorong perubahan yang sangat

besar di dalam kehidupan manusia,

Banyak hal-hal yang cukup menarik dalam

sejarah perkembangannya selama setengah

abad terakhir ini, salah satunya adalah

tentang perkembangan teknologi alat

digital, komputer serta proses pengolahan

gambar digital itu sendiri.

Perkembangan aplikasi image ini

telah memimpin teknologi di beberapa

bidang seperti komunikasi digital dan

internet, penyiaran (broadcasting), alat

kedokteran, sistem multimedia, biologi,

ilmu pengetahuan material, robot dan

manufaktur, sistem intelligent sensing,

remote sensing, seni grafik, proses print

dan lain sebagainya.[6]

Perkembangan image juga

menyebabkan perubahan dimensi dari

image tersebut, mulai dari 2 Dimensi (2D)

sampai 4 Dimensi (4D). Dalam hal ini

yang digunakan adalah image yang

memiliki 3 Dimensi (3D). Pemodelan

objek tiga dimensi (3D) sangat diperlukan

dalam berbagai aplikasi, baik untuk

simulasi maupun untuk pengenalan model

dari objek nyata yang sulit disajikan secara

fisik dikarenakan keterbatasan ruang dan

waktu. Model suatu objek nyata dapat

disajikan secara virtual yang dapat dilihat

melalui suatu layar atau display dengan

bantuan komputer sehingga pemodelan

suatu objek mudah dilakukan dengan biaya

yang murah. Banyak bidang yang

memerlukan pemodelan objek virtual 3D

ini, misalnya pemodelan organ tubuh yang

bermanfaat dalam dunia kedokteran,

pemodelan bangunan, pemodelan suatu

produk yang akan dijual, dan lain

sebagainya.[18]

Sebuah image 3D memiliki banyak

alat untuk penyajiannya atau biasa di sebut

dengan viewer, salah satunya adalah Head

Mounted Display. Head Mounted Display

menggunakan metode stereo display

dimana dua buah objek di gabungkan

menjadi satu sehingga penyajiannya

terlihat lebih nyata.

LANDASAN TEORI

Pengolahan Citra (Image Processing)

Pengolahan citra merupakan proses

pengolahan dan analisis citra yang banyak

melibatkan persepsi visual. Proses ini

mempunyai ciri data masukan dan

informasi keluaran yang berbentuk citra.

Istilah pengolahan citra digital secara

umum didefinisikan sebagai pemrosesan

citra dua dimensi dengan komputer. Dalam

definisi yang lebih luas, pengolahan citra

digital juga mencakup semua data dua

dimensi. Citra digital adalah barisan

bilangan nyata maupun kompleks yang

diwakili oleh bit-bit tertentu.

Umumnya citra digital berbentuk

persegi panjang atau bujur sangkar (pada

beberapa sistem pencitraan ada pula yang

berbentuk segienam yang memiliki lebar

dan tinggi tertentu. Ukuran ini biasanya

dinyatakan dalam banyaknya titik atau

piksel sehingga ukuran citra selalu bernilai

bulat. Setiap titik memiliki koordinat

sesuai posisinya dalam citra. Koordinat ini

biasanya dinyatakan dalam bilangan bulat

positif, yang dapat dimulai dari 0 atau 1

tergantung pada sistem yang digunakan.

Setiap titik juga memiliki nilai berupa

angka digital yang merepresentasikan

informasi yang diwakili oleh titik tersebut.

Format data citra digital

berhubungan erat dengan warna. Pada

kebanyakan kasus, terutama untuk

keperluan penampilan secara visual, nilai

data digital merepresentasikan warna dari

citra yang diolah. Format citra digital yang

banyak dipakai adalah Citra Biner

(monokrom), Citra Skala Keabuan (gray

scale), Citra Warna (true color), dan Citra

Warna Berindeks.

Pengolahan citra dapat

dimanfaatkan untuk berbagai macam

kegiatan, salah satunya adalah untuk

membuat sebuah aplikasi Virtual Reality

(VR) dan Augmented Reality (AR). Sebab

dalam pembuatan dan perancangan kedua

aplikasi tersebut dibutuhkan sebuah objek

yang terbuat dari beberap proses

pengolahan citra

2.7 Stereo Display

Produksi tentang stereoskopik

(stereo display) dimulai dari tahun 1850an.

Stereo pairs atau stereo display

mensimulasikan isyarat perbedaan ke

dalam teropong

dengan memproyeksikan perbedaan

gambar ke dalam setiap mata. Ada

beberapa contoh untuk mensimulasikan

stereo display, salah satu di antaranya

adalah stereoskop. Yang mana cara ini

dengan menggunakan kartu stereo yang

masih dapat di temukan di toko-toko antik.

Sebuah teknologi yang familiar, yaitu

sebuah teknologi stereoskop yang

menggunakan sebuah gulungan berputar

yang berisi beberapa gambar. Pada

Gambar 2.7 merupakan sebuah alat kuno

yang menjelaskan tentang konsep stereo

pairs atau stereo display. [10]

Gambar 2.7 Stereoskop

2.7.1 Terminologi dari stereo display

Stereo pairs atau stereo display

merupakan sebuah teknologi yang

berdasarkan pada presentasi dua gambar

yang berbeda. Yang pertama untuk

proyeksi mata kiri, sedangkan yang

lainnya untuk proyeksi mata kanan.

Gambar stereo yang di gunakan untuk

sebuah teknologi stereo display biasanya

menggunakan dua buah kamera yang

berbeda namun selaras secara

horizontal dengan optik identik, fokus, dan

zoom. Untuk membuat pengamat membuat

dua gambar yang berbeda tersebut menjadi

sebuah gambar tunggal, harus dilakukan

penyelarasan terhadap dua gambar tersebut

agar terlihat seperti satu gambar.

Pada gambar 2.8 di perlihatkan

pertimbangan titik pusat pada objek yang

diamati oleh pengamat teropong tersebut

ada di dalam kedua gambar yang di

proyeksikan, Biasanya bidang yang tegak

lurus ke bidang pandangan pengamat,

seperti CRT, pesawat kamera film atau

layar proyeksi. Proyeksi ini biasanya di

sebut dengan stereo window atau stereo

plane. Diasumsikan bahwa sumbu Y

terletak pada garis lurus yang melewati

pandangan mata pengamat. Jarak antara

pandangan kedua mata pengamat sering di

sebut dengan interocular distance.

Penentuan koordinat cartecius pada

teknologi ini, pada titik P akan muncul

pandangan pada mata kiri dengan asumsi

koordinat (xL, yL) dan koordinat (xR, yR)

untuk pandangan mata kanan. Dua

koordinat ini di sebut dengan homogoulus.

Sedangkan penentuan parallaks horizontal

dilakukan dengan menghitung jarak antara

koordinat (xR, yR) dengan pandangan

mata kanan dan kiri, sedangkan penentuan

parallaks vertical dilakukan dengan

menghitung jarak antara koordinat (xL,

yL) dengan pandangan mata kanan dan

mata kiri pengamat.

2.8 Gambar 2.8 Parallaks Horizontal

Motion Tracking

Tujuan dari pelacakan gerak (Motion

Tracking) adalah untuk mendeteksi dan

melacak gerakan objek yang dapat dilalui

dengan melalui urutan gambar atau medan

yang tersedia. Motion Tracking tidak

hanya berguna untuk memantau kegiatan

di tempat umum, tetapi juga menjadi

bahan utama untuk menentukan gerakan

yang dapat dilakukan oleh sebuah objek.

Contohnya adalah mengkoordinasikan

kegiatan, misalnya mengatur strategi

penyerangan dan bertahan yang dapat

dilakukan dalam pertandingan sepak

bola).

Gambar 2.9 Contoh pelacakan gerak

(Motion Tracking)

Pada Gambar 2.9 diperlihatkan

bagaimana cara melakukan sebuah

perjalanan pada sebuah lokasi atau labirin.

Di dalam labirin tersebut dapat dilakukan

beberapa pergerakan yang mungkin untuk

dilakukan. Seperti pada gambar 2.9

tersebut objek dapat digerakkan melewati

beberapa ruas jalan pada labirin tersebut

atau dengan kata lain objek tersebut

memiliki pilihan gerakan yang sudah

diatur sebelumnya, sehingga gerakan objek

tersebut hanya dapat bergerak pada arah

yang telah ditentukan.

DIAGRAM UML

Untuk membuat suatu model, UML

memiliki diagram grafis sebagai berikut:

1. Use Case diagram : untuk memodelkan

proses bisnis.

2. Class diagram : untuk memodelkan

struktur kelas.

3. Behaviour diagram

3.1 State diagram : untuk memodelkan

perilaku objects di dalam sistem.

3.2 Activity diagram : untuk

memodelkan perilaku Use Cases

dan objek di dalam system.

4. Sequence diagram : untuk

memodelkan pengiriman pesan

(message) antar objek.

5. Collaboration diagram : untuk

memodelkan interaksi antar objek.

6. Implementation diagram

7. Component diagram : untuk

memodelkan komponen object.

8. Deployment diagram : untuk

memodelkan distribusi aplikasi.

HMD (Head Mounted Display)

HMD (Head Mounted Display)

merupakan perangkat layar yang

digunakan di kepala atau sebagai bagian

dari helm. Sebuah HMD memiliki

memiliki salassh satu (HMD bermata) atau

dua (HMD teropong ) layar dengan

tampilan optik kecil. Unit tampilan adalah

berupa miniatur dan mungkin termasuk

CRT, LCD, kristal cair pada

silikon (LCOS) atau OLED. Beberapa

vendor menggunakan beberapa mikro

tampilan untuk meningkatkan resolusi

total dan bidang pandang.

Gambar 2.12 Kacamata HMD

Head Mounted Display (HMD)

menggabungkan citra dari objek virtual

dan objek nyata dan menampilkannya

langsung ke mata pengguna melalui suatu

alat yang dipasang di kepala pengguna.

Terdapat dua tipe utama perangkat HMD

yang digunakan dalam aplikasi realitas

tertambah, yaitu optical-see-through HMD

dan video see-through HMD. Keduanya

digunakan untuk berbagai jenis pekerjaan

dan memiliki keuntungan dan kerugian

masing-masing. Dengan optical-see-

through HMD, lingkungan nyata dilihat

melalui cermin semi transparan yang

diletakkan di depan mata pengguna.

Cermin tersebut juga digunakan untuk

mereeksikan citra yang dibentuk oleh

komputer ke mata pengguna,

menggabungkan lingkungan nyata dan

virtual. Dengan video see-through HMD,

lingkungan nyata direkam mengunakan

dua kamera video yang terintegrasi ke alat

(seperti terlihat pada gambar 2.13) dan

citra yang dibentuk komputer digabung

dengan video tadi untuk

merepresentasikan lingkungan yang akan

dilihat pengguna.

Gambar 2.13 Contoh see-through HMD

Video-see-through Head-Mounted

Display

Gambar 2.14 Diagram Opaque HMD

Video see-through HMD bekerja

dengan menggabungkan sebuah closed-

view HMD dengan satu atau dua head-

mounted kamera video, melalui kamera

video tersebut pengguna melihat ke

lingkungan nyata. Video dari kamera

dikombinasikan dengan citra yang dibuat

oleh scene generator, dunia nyata dan

virtual digabungkan. Hasilnya dikirimkan

ke monitor yang terletak di depan mata

pengguna. Gambar 2.14 menunjukkan

konsep dari Video see-through HMD,

gambar 2.15 adalah contoh Video see-

through HMD, dengan dua video

terintegrasi di bagian atas Helm [Ronald

Azuma : 1997].

Gambar 2.15 Contoh Opaque HMD

Optical see-through Head Mounted

Display

Tidak seperti penggunaan video see-

through HMD, optical see-through HMD

menyerap cahaya dari lingkungan luar,

sehingga memungkinkan pengguna untuk

secara langsung mengamati dunia nyata

dengan mata seperti terlihat pada gambar

2.16. Selain itu, sebuah sistem cermin

yang diletakkan di depan mata pengguna

memantulkan cahaya dari pencitraan grafis

yang dihasilkan komputer. Pencitraan yang

dihasilkan merupakan gabungan optis dari

pandangan atas dunia nyata dengan

pencitraan grafis [Ronald Azuma : 1997].

Gambar 2.16 Diagram see-trough HMD

PERANCANGAN DAN ANALISIS

Perancangan Pembuatan Stereo Display

Image And Position Detector for HMD

Sebelum terjun ke dalam

penelitian, dilakukan perencanaan dengan

membuat diagram alur (flowchart)

langkah-langkah pembuatan terlebih

dahulu. Gambar 3.1 adalah diagram

alur(flowchart) Pengembangan Aplikasi

Pelacakan Gerak Untuk Head Mounted

Display (HMD).

Gambar 3.1. Flowchart Pengembangan

Aplikasi Pelacakan Gerak Untuk HMD.

Dari flowchart pada Gambar 3.1

hanya yang di batasi oleh garis putus -

putus saja yang akan di bahas dalam

penulisan ini dan bagian lainnya akan di

bahas oleh penulis lain yaitu Juwita Maria

Pakpahan (50407483) dan Irmalisa

Agustina (58408002) dengan penulisan

berjudul Pengolahan Citra Stereo Untuk

Head Mounted Display.

Pembuatan Objek 3D

3.2.1 Perancangan Sketsa Objek 3D

Hal yang paling pertama yang

harus dibuat pada aplikasi ini adalah

pembuatan objek 3D yang akan menjadi

lokasi atau tempat untuk mensimulasikan

Pengembangan Aplikasi Pelacakan Gerak

Untuk HMD ini. Dalam pembuatan objek

3D ini penulis mengambil sebuah gedung

pada universitas gunadarma sebagai lokasi

tracking pada aplikasi ini.

Pada gedung 4 Universitas

Gunadarma terdapat 6 lantai berbeda,

namun untuk lantai 2 sampai dengan lantai

5 memiliki sketsa ruangan yang sama.

Berikut merupakan Denah masing –

masing lantai pada gedung 4 Universitas

Gunadarma.

1. Gedung 4 Lantai 1.

Lantai ini merupakan lantai dasar

pada gedung 4 yang memiliki

beberapa ruangan dan lift.

Termasuk ruangan BAAK yang

mengurus semua akademik

kemahasiswaan. Denah / sketsa

gedung 4 lantai 1 ditunjukkan pada

gambar 3.2 seperti dibawah ini

Gambar 3.2 Denah gedung 4 lantai 1

Universitas Gunadarma

2. Gedung 4 Lantai 2 S/D 5

Gedung 4 Universitas Gunadarma

memiliki sketsa yang sama pada

beberapa lantai yang dimilikinya,

yaitu terdapat pada lantai 2 sampai

dengan lantai 5. Pada lantai ini

memiliki ruang tengah yang

terpisah yang biasanya digunakan

untuk kursus atau workshop bagi

mahasiswa. Denah / sketsa gedung

4 lantai 2 sampai dengan lantai 5

ditunjukkan pada gambar 3.3

berikut ini.

3.3 Denah ruangan gedung 4 lantai 2-5

Universitas Gunadarma

3. Gedung 4 Lantai 6

Pada lantai paling atas gedung 4 ini

memiliki sebuah ruangan besar

yang biasa digunakan untuk

mengadakan seminar terbuka yang

dapat diikuti oleh seluruh

mahasiswa Universitas

Gunadarma. Denah / sketsa gedung

4 lantai 6 ditunjukkan pada gambar

3.4 berikut ini.

Gambar 3.4 Denah ruangan gedung

4 lantai 6 Universitas Gunadarma

UJI COBA DAN IMPLEMENTASI

Uji Coba Aplikasi

Uji coba aplikasi dilakukan dengan

menggunakan system operasi windows 7,

blender versi 2.49 dan alatnya yang

disebut dengan Head Mounted Display

(HMD) tipe 5DT 800. Aplikasi ini

digunakan untuk menampilkan objek 3D

dengan tampilan secara stereopic. Untuk

membuat tampilan stereopic ini

membutuhkan beberapa kodingan dalam

bahasa pemrograman C. Ada beberapa uji

coba yang dilakukan pada aplikasi ini

yaitu uji coba motion tracking dan uji coba

aplikasi secara keseluruhan.

Uji Coba Motion Tracking

Penulisan ini menekankan tentang

pembuatan motion tracking pada aplikasi

ini, maka harus dilakukan uji coba

terhadap motion tracking yang telah

dibuat. Hal yang pertama dilakukan pada

uji coba ini adalah mengeksekusi model

3D yang telah dibuat di dalam Blender

2.49. Untuk mengeksekusi model tersebut

dipilih menu start game pada menu bar

game didalam Blender. Hal ini terlihat

pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Eksekusi Model 3D

Kemudian, setelah mengeksekusi

model 3D menjadi sebuah animasi di uji

coba pergerakan model pengguna yang

sesuai dengan logic brick yang telah dibuat

didalam blender. Pergerakan pertama yang

diuji coba adalah pergerakan maju objek

pengguna dengan cara menekan tombol

up_arrow pada papan ketik (keyboard).

Dan dilakukan pula uji coba pergerakan ke

samping dan pergerakan memutar tubuh

pengguna dengan menekan tombol

left_arrow atau right_arrow untuk

melakukan pergerakan objek pengguna

dan menggunakan tetikus (mouse) sebagai

alat pengatur sudut pandang objek

pengguna.

Gambar 4.2 Pergerakan Objek Pengguna

Pada gambar 4.2 terlihat

pergerakan yang dilakukan oleh objek

pengguna dengan keyboard dan mouse

sebagai sarana untuk menggerakan objek

pengguna dalam aplikasi ini. Yang terakhir

di uji coba pada uji coba motion tracking

ini adalah menguji coba pergerakan naik

dan turun tangga objek pengguna. Dalam

hal ini yang diuji coba adalah tampilan

dari pandangan objek pengguna saat

menaiki dan menuruni tangga, dalam uji

coba ini terlihat pergerakan objek

pengguna saat menaiki tangga, terjadi

perubahan pada pandangan objek

pengguna yang seakan-akan sedang

menaiki tangga secara nyata. Hal ini

terlihat pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Pergerakan Objek Pengguna

Saat Menaiki Tangga

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Penulisan ini lebih menekankan

pada pembuatan Motion tracking dalam

simulasi Stereo Display image and

Position Detection for HMD, dari

beberapa uji coba yang dilakukan dapat

diambil kesimpulan bahwa Motion

Tracking ini telah memenuhi kriteria

dalam simulasi yang dibuat. Berdasarkan

kuisoner yang telah dibuat, dapat ditarik

kesimpulan aplikasi ini sudah dapat

memenuhi tujuannya, yaitu dapat

digunakan sebagai simulator mengemudi,

berwisata, serta dapat digunakan pula

untuk bermain game secara lebih real dan

virtual.

Kendala pada aplikasi dan

kacamata ini adalah pada batas maksimum

penggunaannya, yaitu hanya dapat

digunakan selama 15-20 menit saja. Hal

ini disebabkan oleh resolusi tinggi yang

digunakan serta pemakaiannya yang

membutuhkan fokus yang tajam pada

mata. Terjadi beberapa bug pada Motion

Tracking ini, sehingga membuat tampilan

simulasinya sedikit berbeda dengan

kenyataan yang terjadi, seperti terjadi

perputaran 180 derajat sudut pandang pada

objek pengguna sehingga pengguna

terlihat seperti berjalan di atas atap.

Aplikasi ini hanya dapat digunakan pada

laptop atau PC yang memiliki spesifikasi

VGA Nvidia dengan Graphic Processing

Unit.

Saran

Saran yang dapat dijadikan

pertimbangan untuk pengembangan

simulasi ini di masa yang akan datang

adalah: perlu dibuat lebih detail lagi dalam

pergerakan objek dan cara pandang

pengguna sehingga lebih terlihat seperti

asli, serta perlu dibuat sebuah source code

agar terdapat interaksi antara objek dan

pengguna di dalam simulasi ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim. Control. In; Oxford

University Press, 2011. url: http://

oxforddictionaries.com/definition/contr

ol. (Cit. on p.9).

[2] Anonim. interaction. In: Oxford

University Press, 2011. url: http ://

oxforddictionaries.com/definition/inter

action. (Cit. on p. 9).

[3] Anonim. virtual reality. In: Oxford

University Press, 2011. url: http://

oxforddictionaries.com/definition/virtu

al+reality. (Cit. on p. 6).

[4] anonim. Virtual Reality.

http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_re

ality, diakses Juli 2011.

[5] Azuma, Ronald; Baillot, Yohan;

Behringer, Reinhold; Feiner, Steven;

Julier, Simon; MacIntyre, Blair,

"Recent Advances in Augmented

Reality", IEEE Computer Graphics

and Applications, (2001). IEEE

[6] Bahtiar, Mas Ali. “Sistem

Augmented Reality untuk Animasi

Games Menggunakan Camera pada

PC”, Teknik Telekomunikasi Institut

Sepuluh Nopember, 2011.

[7] Barfield, Woodrow (4 April 1995).

Virtual Environments and Advanced

Interface Design. New York: Oxford

University Press.

[8] C. Stauffer and WEL Grimson.

Learning patterns of activity using

real-time tracking. IEEE Transaction

on Pattern Analysis and Machine

Intelligence , Artificial Intelligence

Laboratory, Massachuretts Institute of

Technology, 2000.

[9] Dharwiyanti, Sri. Pengantar Unified

Modeling Language (UML), 2003.

IlmuKomputer.Com.

[10] HOWARD, I. P., AND ROGERS,

B. J. 1995. Binocular Vision and

Stereopsis. Oxford University Press.

[11] Kent, Allen; Williams, James G.,

eds. (2002), "Augmented Reality",

Encyclopedia of Computer Science and

Technology, 45, CRC Press.

[12] Luo G, Peli E. (2004) Kinematics of

visual search by tunnel vision patients

with augmented vision see-through

HMD. SID 2004, Digest of Technical

Papers, Society for Information

Display 2004.