BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Augmented Reality (AR) adalah suatu lingkungan yang memasukkan objek virtual 3D kedalam lingkungan nyata. Karena itu, unsur reality lebih diutamakan pada sistem ini. AR mengijinkan penggunanya untuk berinteraksi secara real-time dengan sistem. Penggunaan AR saat ini telah melebar kebanyak aspek didalam kehidupan kita dan diproyeksikan akan mengalami perkembangan yang signifikan. Hal ini dikarenakan penggunaan AR sangat menarik dan memudahkan penggunanya dalam mengerjakan sesuatu hal, seperti contohnya pada pameran model kereta api di museum kereta api. Ketika diadakan pameran, penyelenggara acara harus membuat miniatur kereta api dengan agar para pengunjung bisa mengetahui secara langsung bagian-bagian dari kereta api. Dengan memanfaatkan teknologi AR, miniatur kereta api dapat digantikan dengan model kereta 3D yang ditampilkan secara virtual menggunakan
perangkat
komputer,
sehingga
para
penyelenggara
itu
dapat
menghemat biaya pengeluaran karena mereka tidak perlu lagi membuat banyak miniatur kereta.
I.2
Perumusan Masalah
Berdasarkan hal-hal tersebut diatas, penulis merumuskan permasalahan sebagai berikut: 1. Bagaimana membuat model kereta api dengan menggunakan software desain seperti Blender, Autodesk 3ds Max, Maya, dan Google Sketchup? 2. Bagaimana kalibrasi pada kamera agar didapat nilai distorsi yang membantu sistem menghitung dan meletakkan model mode l secara tepat diatas marker? 3. Bagaimana kemiringan marker terhadap kamera dapat mempengaruhi ketepatan tampilan model animasi 3D?
1
2
I.3 Tujuan Penelitian
Sesuai dengan permasalahan yang telah dipaparkan di atas, maka tujuan penulis yang ingin dicapai adalah sebagai berikut: 1.
Untuk
mengetahui cara membuat model kereta api dengan menggunakan
software desain seperti Blender, Autodesk 3ds Max, Maya, dan Google Sketchup 2.
Untuk
mengetahui cara kalibrasi pada kamera agar didapat nilai distorsi yang
membantu sistem menghitung dan meletakkan model secara tepat diatas marker 3.
Untuk
mengetahui bagaimana kemiringan marker terhadap kamera dapat
mempengaruhi ketepatan tampilan model animasi 3D.
I.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin dicapai dalam implementasi project akhir mata kuliah augmented reality ini adalah: 1. Secara teoritis, diharapkan berguna bagi ilmu pengetahuan tentang sistem temu kembali citra dan tata cara melakukan penelitian, serta memberi manfaat bagi mahasiswa informatika pada khususnya dan masyarakat pada umumnya. 2. Secara aplikatif, berguna bagi para penyelenggara pameran model kereta api
3
BAB II DASAR TEORI
II. 1.
Augmented Reality
Augmented Reality (AR), atau yang dikenal dengan realitas tertambah, adalah teknologi yang menggabungkan benda maya dua dimensi dan ataupun tiga dimensi ke dalam sebuah lingkungan nyata tiga dimensi lalu memproyeksikan benda-benda maya tersebu dalam waktu nyata. Benda-benda maya menampilkan informasi yang tidak dapat diterima oleh pengguna dengan inderanya sendiri. Hal ini membuat realitas tertambah sesuai sebagai alat untuk membantu persepsi dan interaksi penggunanya dengan dunia nyata. Informasi yang ditampilkan oleh benda maya membantu pengguna melaksanakan kegiatan kegiatan dalam dunia nyata. AR sejatinya variasi lain dari realitas virtual. Teknologi realitas virtual membenamkan pengguna secara total pada lingkungan sintetis. Ketika masuk dalam dunia buatan itu, kita tidak dapat mengenali lingkungan nyata di sekitarnya. Namun AR tidak memisahkan yang nyata dengan virtual, yang terjadi adalah penggabungan antara keduanya pada ruang yang sama.
II.2
Lingkungan Augmented Reality
Pada sistem AR sistem koordinat yang dipakai adalah model pinhole camera atau kamera lubang jarum [2]. Dimana pada model ini sumbu z positif berada di depan dan yang menjadi acuan adalah posisi marker jika dilihat dari kamera. Jika dilihat pada gambar 1, terlihat marker dan kamera masing-masing memiliki orientasi posisi yang berbeda. Baik marker maupun kamera menggunakan sistem right handed (sumbu z positif didepan) dan hasil penangkapan gambar dari kamera diproyeksikan ke view plane menggunakan proyeksi perspekt if.
4
Dalam menampilkan objek 3D yang sesuai dengan posisi dan orientasi marker, perlu diperhitungkan hasil proyeksi yang diterima view plane (bidang proyeksi di layar) untuk kemudian ditampilkan. Menurut [1] selain proyeksi pada bidang 2D, dalam pergeseran marker maupun kamera perlu diperhatikan perubahan posisi dan rotasi dalam sistem koordinat 3D. Posisi dan orientasi dari marker didapat dari hasil tracking marker yang ditransformasi dengan operasi translasi dan rotasi, sedangkan posisi dan orientasi yang ada pada proyeksi di layar didapat dari perhitungan transformasi proyeksi perspektif. II.3
Model kereta api
Ada enam skala model miniature kereta api yang umum digunakan : a) Skala Z (1:220) . Skala Z kereta membuat pilihan yang baik bagi siapa pun dengan ruang terbatas. Model ini merupakan kereta api yang tidak hanya kecil tapi sangat rinci b) Skala N (1:160) . Skala N adalah skala populer dan yang terkecil kedua setelah skala Z. Skala N kereta adalah yang sempurna untuk penggemar yang ingin menjalankan kereta api panjang atau tetap fokus pada pemandangan. c) Skala HO (1:87) . Kereta api skala HO, salah satu jenis yang paling populer dengan pemodel, datang dalam banyak jenis kereta api dan memiliki banyak pilihan dan pemandangan. Kereta HO umumnya sangat rinci dan mempunyai nilai yang baik. Sebuah tata letak HO membutuhkan dalam ruang jumlah sedang.
5
d) Skala S (1:64). Ini skala yang lebih besar membuat kereta mendominasi set. e) Skala O (1:48). Skala kereta O mudah ditangani oleh anak-anak. f) Skala G (1:22.5). Model kereta api G skala besar untuk penggunaan dalam ruangan, tetapi kembali sangat cocok untuk kereta api taman.
II.4
Kalibrasi Kamera
Kamera fotogrametri tidak mempunyai lensa yang sempurna, sehingga proses perekaman yang dilakukan akan memiliki kesalahan. Oleh karena itu perlu dilakukan pengkalibrasian
kamera
untuk
dapat
menentukan
besarnya
penyimpangan-
penyimpangan yang terjadi. Kalibrasi adalah kegiatan untuk memastikan hubungan antara harga-harga yang ditunjukkan oleh suatu alat ukur dengan harga yang sebenarnya dari besaran yang diukur. Kalibrasi kamera dilakukan untuk menentukan parameter distorsi, meliputi distorsi radial dan distorsi tangensial, serta parameter parameter lensa lainnya, termasuk juga principal distance (c), serta titik pusat fidusial foto. Distorsi lensa dapat menyebabkan bergesernya titik pada foto dari posisi yang sebenarnya, sehingga memberikan ketelitian pengukuran yang tidak baik, namun tidak
mempengaruhi
kualitas
ketajaman
citra
yang
dihasilkan.
Distorsi lensa dapat dibagi menjadi : - Distorsi radial adalah pergeseran linier titik foto dalam arah radial terhadap titik utama dari posisi idealnya. Distorsi lensia biasa diekspresikan sebagai fungsi polonomial dari jarak radial (dr) terhadap titik utama foto Distorsi tangensial adalah pergeseran linier titik di foto pada arah normal (tegak lurus) garis radial memalui titik foto tersebut. - Distorsi tangensial disebabkan kesalahan sentering elemen-elemen lensa dalam satu gabungan lensa dimana titik ousat elemen-elemen lensa dalam gabuang lensa tersebut tidak terletak pada satu garis lurus.
6
Pergeseran ini biasa dideskripsikan dengan 2 persamaan polonomial untuk pergeseran pada arah x (dx) dan y (dy).
II.5 Kemiringan Kamera
Sebuah lensa kamera dapat memberikan fokus yang tajam pada hanya sebuah pesawat tunggal. Tanpa miring, bidang gambar, pesawat lensa, dan bidang fokus adalah paralel, dan tegak lurus terhadap sumbu lensa; objek dalam fokus yang tajam semua pada jarak yang sama dari kamera. Ketika pesawat lensa dimiringkan relatif terhadap bidang gambar, bidang fokus (POF) adalah pada sudut dengan bidang gambar, dan benda-benda pada jarak yang berbeda dari kamera semua dapat terfokus tajam jika mereka berbohong pada bidang yang sama. Dengan miring lensa, gambar pesawat, pesawat lensa, dan POF berpotongan di garis umum; perilaku ini telah menjadi dikenal sebagai prinsip Scheimpflug . Ketika fokus disesuaikan dengan lensa miring, POF berputar terhadap suatu sumbu di persimpangan dari pesawat depan fokus lensa dan pesawat melalui pusat lensa sejajar dengan bidang gambar; memiringkan menentukan jarak dari sumbu rotasi ke pusat lensa, dan fokus menentukan sudut POF dengan pesawat gambar.Dalam kombinasi, kemiringan dan fokus menentukan posisi POF. Dalam aplikasi seperti fotografi landscape , mendapatkan segala sesuatu yang tajam sering tujuan; dengan menggunakan miring, baik latar depan dan latar belakang sering dapat dibuat tajam tanpa menggunakan besar nomor f- . Ketika POF bertepatan dengan subjek dasarnya datar, seluruh subjek di fokus, karena subjek yang tidak datar, mendapatkan latar depan dan latar belakang ketajaman bergantung pada kedalaman lapangan , meskipun ketajaman seringkali dapat diperoleh dengan sejumlah kecil f daripada yang diperlukan tanpa menggunakan kemiringan.
7
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini dijelaskan langkah-langkah yang akan dilakukan dalam meneliti Pengaruh Penggunaan Kalibrasi Dan Kemiringan Kamera Terhadap Aplikasi Teknologi Augmented Reality Sebagai Alat Peraga Model Kereta Api. Berikut merupakan diagram alir runtutan proses kerja aplikasi ini:
Gambar 3.1 Diagram Alir Runtutan Proses Kerja Aplikasi
8
3.1 Input Marker I n put pada
aplikasi ini berupa video berisi gambar marker yang ditangkap
oleh kamera webcam yang telah terintegrasi pada laptop yang digunakan. Pada penelitian ini, marker yang digunakan berupa marker hitam putih bertuliskan teks HAI berukuran 10cm x 10cm
3.2 Pengenalan Marker
Tahap kedua pada proses perancangan aplikasi ini adalah pengenalan marker . Ca pture marker dilakukan dengan menggunakan program yang telah tersedia pada library ARToolKit, yaitu mk_patt.exe. Ca pture marker yang telah diperoleh kemudian disimpan dengan nama tertentu untuk membedakannya dari marker lainnya.
3.3 Uji coba 4 jarak dan 4 sudut kemiringan berbeda
Pada tahap ini dilakukan pengaturan jarak dan kemiringan sudut kamera yang paling optimal untuk dapat menampilkan objek 3D. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan marker di lantai, kemudian mengatur jarak dan sudut kemiringan kamera terhadap marker . Jarak antara kamera dan marker dihitung dari sisi marker yang terdekat dengan kamera. Sudut kemiringan kamera dihitung dari posisi sejajar kamera terhadap lantai
3.4 Menarik kesimpulan
Pada tahap ini dilakukan penarikan kesimpulan dari hasil pengujian yang dilakukan.
9
10
BAB IV IMPLEMENTASI SISTEM
Implementasi dari meneliti Pengaruh Penggunaan Kalibrasi Dan Kemiringan Kamera Terhadap Aplikasi Teknologi Augmented Reality Sebagai Alat Peraga Model Kereta Api ini terdiri atas beberapa tahap, yaitu sebagai berikut.
4.1 Inisialisasi
Pada tahap ini, dilakukan inisialisasi kebutuhan sistem terkait dengan window viewer yang akan digunakan untuk menampilkan realitas objek 3D pada augmented reality. Sistem ini menggunakan modifikasi program yang terdapat pada library ARToolKit, yaitu simpleVRML.exe.
4.2 Capture Video
Tahap kedua dalam implementasi aplikasi ini adalah dengan melakukan ca pture video yang kemudian dibagi menjadi f rame-f rame tertentu dengan setting de f ault bernilai 15 fps ( f rame per second ).
4.3 Deteksi Marker
Pada tahap ini, ca pture marker dilakukan dengan menggunakan program yang telah tersedia pada library ARToolKit, yaitu mk_patt.exe. Ca pture marker yang telah diperoleh kemudian disimpan dengan nama tertentu untuk membedakannya dari marker lainnya.
11
4.4 Transformasi Kamera
Pada tahap ini, pengaturan tranformasi kamera dilakukan agar posisi objek tepat berada di atas marker . Pengaturan pose and position estimation dilakukan dengan mengubah parameter translation dan rotation pada f ile .dat dari objek 3D yang akan ditampilkan di atas marker .
4.5 Menambahkan Objek Virtual
Pada tahap ini, dilakukan rendering objek virtual 3D pada marker yang telah dideteksi. Masing-masing marker akan menampilkan objek 3D desain f urniture rumah yang berbeda sesuai dengan bentuk dan warna marker -nya.
4.6 Mencatat hasil pengujian
Pada pengujian ini, dilakukan pengaturan jarak dan kemiringan sudut kamera yang paling optimal untuk dapat menampilkan objek 3D. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan marker di lantai, kemudian mengatur jarak dan sudut kemiringan kamera terhadap marker . Jarak antara kamera dan marker dihitung dari sisi marker yang terdekat dengan kamera. Sudut kemiringan kamera dihitung dari posisi sejajar kamera terhadap lantai. Marker yang digunakan berupa marker berukuran 10cm x 10cm.
Jarak
Kemunculan Objek 3D
10 cm
Tidak tampak
30 cm
tampak
50 cm
tampak
100 cm
Tidak tampak
12
Sudut
Kemunculan Objek 3D
00
tampak
30
0
tampak
600
tampak
900
Tidak tampak
Gambar 4.1 marker berada pada jarak 10 cm
Gambar 4.2 marker berada pada jarak 30cm
13
Gambar 4.3 marker berada pada jarak 50 cm
Gambar 4.4 marker berada pada jarak 100cm
14
0
Gambar4.5 marker pada sudut 0
0
Gambar 4.6 marker pada sudut 30
15
0
Gambar 4.7 marker pada sudut 60
0
Gambar 4.8 marker pada sudut 80
16
BAB V KESIMPULAN
6.1
Kesimpulan
Setelah melakukan implementasi dan pengujian Teknologi Augmented Reality Sebagai Alat Peraga Model Kereta Api, terdapat beberapa hal yang harus diperhatikan agar aplikasi ini dapat dimanfaatkan secara optimal, yaitu sebagai berikut. a.
Pada pengaturan jarak marker terhadap kamera, dapat diketahui bahwa jarak yang terlalu dekat tidak memungkinkan kamera menangkap seluruh sisi marker secara utuh, sehingga tidak dapat menampakkan objek 3D. sedangkan bila terlalu jauh, detail marker juga tidak bisa ditangkap kamera, sehingga objek juga tidak nampak.
b.
Pada pegaturan kemiringan sudut marker terhadap kamera, dapat diketahui bahwa selama sudut kemiringan masih mampu menampakkan seluruh bagian marker, maka objek akan tetap nampak. Dalam hal ini sudut terbesar untuk menampakkan objek adalah 800
6.2
Saran
Pada pengembangan aplikasi selanjutnya, diharapkan pengujian aplikasi dapat lebih detail dengan mengimplementasikan perubahan jarak dan kemiringan dengan ruang sampel yang lebih banyak dan berkesinambungan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.
17
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kato. H., Billinghurst, M. Poupyrev, I. Tetsutani, N. dan Tachibana, K. 2001. T angible
Augmented Reality. Nagoya, Japan : Proceedings o f N icogra ph 2001.
[2] Persa. Stelian-Florin. 2006. Sensor Fusion in Head Pose
T racking .
Wöhrmann
Print Service. Munson, Ethan V; Tsymbalenko, Yelena.
[3] Danto, Walesa., Wibowo, Agung Toto, ST., MT. ., Purnama, Bedy, SSi., MT. 2011. Analisis Metode Occlusion Based pada Augmented Reality Studi Kasus : I nteraksi
dengan Objek Virtual Secara Real T ime Menggunakan Gerakan Marker.
Teknik Informatika, Fakultas Informatika, Institut Teknologi Telkom, Bandung. http://nyargreen.files.wordpress.com/2011/02/jurnal-ta.pdf (Diakses
tanggal
17
Desember 2011)
[4] http://sumberdaya.web.id/2011/dasar-dasar-model-kereta-api/ (Diakses tanggal 18 Desember 2011)
[5]
http://dharmasamaja.blogspot.com/2010/03/kalibrasi-kamera.html
(Diakses
tanggal 18 Desember 2011)
[6]
http://en.wikipedia.org/wiki/Tilt-shift_photography
Desember 2011)
(Diakses
tanggal
18
18
