MODUL Komputer - Grafik [PDF]

Citation preview

KOMPUTER GRAFIK



1. PENDAHULUAN



Apa itu Grafik Komputer ?



•Grafik Komputer : suatu proses pembuatan, penyimpanan dan manipulasi model dan citra. Model berasal dari beberapa bidang seperti fisik, matematik, artistik dan bahkan struktur abstrak.



•Istilah ”Grafik Komputer”ditemukan tahun 1960 oleh William Fetter : pembentukan disain model cockpit (Boeing) dengan menggunakan pen plotter dan referensi model tubuh manusia 3 Dimensi



•Pengguna mengendalikan isi, struktur dan kemunculan objek serta menampilkan citra melalui suatu komponen dasar visual feedback.



•Komponen Dasar Sistem Grafik Interaktif : –Masukan : mouse, tablet dan stylus, peralatan force feedback, scanner, live video stream, dll –Proses dan Penyimpanan –Keluaran : layar, printer berbasis kertas, perekam video, non-linear editor, dll



•Sistem interaktif grafik pertama, Sketchpad, ditemukan oleh Ivan Sutherland (1963) di MIT.



Sejarah Perkembangan



•Awal tahun 60-an dimulainya model animasi dengan menampilkan simulasi efek fisik. •1961: Edward Zajac menyajikan suatu model simulasi satelit dengan menggunakan teknologi Grafik Komputer. •1963 : -ditermukan Sutherland (MIT) -Sketchpad (manipulasi langsung, CAD) -Alat untuk menampilkan Calligraphic (vector) -Mouse oleh Douglas Englebert •1968 : ditemukan Evans & Sutherland. •1969 : Journal SIGGRAPH pertama kali diterbitkan •1970: Pierre B´eezier mengembangkan kurva B´eezier. •1971: ditemukan Gouraud Shading, •1972: ditayangkannya filmWestworld, sebagai film pertama yang menggunakan animasi komputer. •1974: Ed Catmull mengembangkan z-buffer (Utah). Komputer animasi pendek, Hunger:Keyframe animation and morphing •1976: Jim Blinn mengembangkan texture dan bump mapping. •1977: Film terkenal Star Wars menggunakan grafik komputer •1979: Turner Whitted mengembangkan algoritma ray tracing,untuk pesawat Death Star. •Pertengahan tahun 70-an hingga 80-an: Pengembangan Quest for realism radiosity sebagai main-stream aplikasi realtime. •1982: Pengembangan teknologi grafik komputer untuk menampilkan partikel. •1984: Grafik Komputer digunakan untuk menggantikan model fisik pada film The Last Star Fighter. •1986: Pertama kalinya Film hasil produksi grafik komputer dijadikan sebagai nominasi dalam Academy Award: Luxo Jr. (Pixar). •1989: Film Tin Toy (Pixar) memenangkan Academy Award. •1995: Diproduksi fillm Toy Story (Pixar dan Disney) sebagai film3D animasi panjang pertama



•Akhir tahun 90-an, ditemukannya teknologi visualisasi interaktif untuk ilmu pengetahuan dan kedokteran, artistic rendering, image based rendering, path tracing, photon maps, dll. •Tahun 2000 ditemukannya teknologi perangkat keras untuk real-time photorealistic rendering.



Revolusi Lingkungan



Komputasi Bentuk Baru



(1990-2003)



•Multimedia: sinkronisasi teks dan grafik dengan suara dan video. •Hypermedia: multimedia dengan hypertextual link disebut juga Interactive Multimedia) •Digital Convergence : penggabungan televisi digital dan komputasi terdistribusi, konsumen elektronik: set-top computer (contoh Interactive TV, Video-On-Demand) •Internet dan perangkat pendukungnya •Komputasi Tertanam (Embedded) (perangkat pendukung informasi, Personal Digital Assistants) •Komputasi Ubiquitous/pervasive/invisible/nomadic, “active badges”a la Xerox PARC, dengan beratus-ratus peralatan pada tiap orang, adalah mimpi yang ingin diwujudkan.



Komputasi Bentuk Baru •Virtual Reality (VR) •Semi Immersive VR•Augmented VR (via video see-through optics) fully immersive VR(via Head-mounted Displays, Cave) Use feet for navigation, freeing hands for other uses Barco, Immersadesk™ GMD’sResponsive workbenchElumens’VisionStationVideo or optics superimposes computer-generated data on real world



Teknologi Baru Interaktif



•Perangkat interaksi tidak terlalu mahal dari lab.riset ke tempat pasar –Pembuatan grafik 2D dan 3D tidak membutuhkan waktu yang panjang. –3D (dengan variasi waktu, “4D”) menjadi suatu ilustrasi iteraktif seperti interactive clip art/clip models yang akan segera beredar •Anak-anak menggunakan komputer grafik sebagai console dari games : VR games dan petualangan (contoh : Aladdin, Pirates of the Caribbean, LBEs) dengan HMD and force-feedback input devices



Bentuk Baru User-Interface



•3D Widgets; gestures-based UI (Brown’s “Sketch”); tuntutan VR terhadap teknologi baru interaksi •Interface Sosial •Agents/knowbots kendali tidak langsung



Kekuatan-Pemrosesan yang Murah Chips sebagai Kunci Subsistem Grafik



•Keuntungan -Hukum Moore –harga/performance meningkat 2x setiap 18 bulan untuk setiap penggandaan jumlah transistor. –Teknologi bergerak secara eksponensial kecuali pertumbuhan www.



•CPU –Komputasi 64-bit masuk ke dalam mainstream •Server: Intel Itanium, AMD Opteron •Consumer: IBM G5, AMD Athlon64 –AMD Athlon MP –Intel Xeon –Sun UltraSPARC III



–Hewlett Packard PA-RISC –IBM POWER4 •Graphics subsystems –SGI, Sun, HP, Evans & Sutherland masih memiliki ceruk yang selektif, meskipun PC cards menguasai pasar bawah dan menengah (nVidia GeForce3, ATI’s Radeon 9000 line, 3DLabs’Wildcat) –Spesifik Graphics Hardware (nVidia GeForceFX, ATI Radeon 9800) memasuki tahap baru dukungan grafik main processor graphics (Intel MMX, AMD 3DNow!)



2. TEKNOLOGI DISPLAY



Cathode Ray Tubes (CRT)



–Display yang umum digunakan –Mengosongkan tabung kaca –Menggunakan voltase tinggi –Pemanasan elemen (filament) –Elektron ditarik ke kutub positif yang berfokus pada silinder –Pembelokan papan vertikal dan horisontal –Berkas cahaya membentur fosfor yang menyelimuti bagian atas tabung.



•Vector Display –Awal komputer display –Kendali X,Y dengan vetikal/horisontal papan voltase–Sering digunakan intensitas sebagai Z



•Raster Display–Raster: array segiempat berisi titik/ dot –Pixel: satu dot atau picture elemen dari raster –Scan line: baris dari pixel–TV B/W : suatu oscilloscope dengan pola scan yang tetap : kiri ke kanan, atas ke bawah –Untuk menggambar pada screen, komputer membutuhkan sinkronisasi dengan pola scanning dari raster.Diperlukan memori khusus untuk buffer citra dengan scan out sinkronouske raster yang disebut framebuffer .



•Raster Display : CRT Color–Membutuhkan pabrikasi dengan tingkat ketelitian geometri yang tinggi–Menggunakan pola warna fosfor (merah, hijau, biru) : Delta electron gun arrangementIn-line electron gun arrangement



•Keuntungan CRT –Tampilannya solid –Biayanya relatif murah –Terang, tampilan mengeluarkan sinar



•Kekurangan CRT –Ukuran array memori untuk screen cukup besar –Discrete sampling (pixel) –Ukurannya terbatas hingga 40” –Bulky •Awal teknologi televisi –Resolusi tinggi –Membutuhkan sinkronisasi antara signal video dan sinar elektron vertikal sync pulse •Awal layar komputer –Menghindari sinkronisasi dengan menggunakan algoritma ‘vector’ –flicker dan refresh menjadi problem



Liquid Crystal Display (LCD)



•LCDs: molekul organik, organic molecules, berbentuk kristal, yang mencair pada keadaan panas. •Anyaman kristal mempolarisasi cahaya pada 90º. •LCD bereaksi sebagai katup cahaya, tidak mengeluarkan cahaya dan tergantung pada cahaya eksternal. source. –Laptop screen •backlit •transmissive display –Palm Pilot/Game Boy •reflective display



Plasma



•Memiliki prinsip yang kurang lebih sama dengan lampu neon •Kapsul berisi gas yang digerakkan oleh medan listrik menghasilkan sinar UV •UV menggerakkan phosphor •Phosphor menghasilkan beberapa warna •Keuntungan :



–Sudut pandangnya lebar –Baik untuk format tampilan besar –Tingkat terangnya cukup baik •Kerugian–mahal–Pixelnya lebar (~1 mm vs. ~0.2 mm) –Fosfor berangsur-angsur berkurang –Dibandingkan dengan CRT kurang terang, membutuhkan lebih banyak listrik.



DMP/DLP



•Digital Micromirror Devices (projectors) atau Digital Light Processing –Perangkat Microelectromechanical (MEM), difabrikasi dengan teknik VLSI. –DMD adalah digital pixel sebenarnya –Beragam tingkat keabuan dengan panjang pulse modulasi –Warna : multiple chips, atau color-wheel –Resolusinya besar –Sangat terang –Flicker problems



3. KONSEP DASAR



Kerangka Grafik Komputer Interaktif



•Graphics library/package (contoh:OpenGL) adalah perantara aplikasi dan display hardware (Graphics System) •Application program memetakan objek aplikasi ke tampilan/citra dengan memanggil graphicslibrary •Hasil dari interaksi user menghasilkan/modifikasi citra •Citra merupakan hasil akhir dari sintesa, disain, manufaktur, visualisasi dll.



Pemodelan Geometris •Transformasi dari suatu konsep (atau suatu benda nyata) ke suatu model geometris yang bisa ditampilkan pada suatu komputer : –Shape/bentuk –Posisi –Orientasi (cara pandang) –Surface Properties / Ciri-ciri Permukaan (warna, tekstur) –Volumetric Properties / Ciri-ciri volumetric (ketebalan/pejal, penyebaran cahaya) –Lights/cahaya (tingkat terang, jenis warna) –Dan lain-lain …



•Pemodelan Geometris yang lebih rumit : –Jala-Jala segi banyak: suatu koleksi yang besar dari segi bersudut banyak, dihubungkan satu sama lain. –Bentuk permukaan bebas: menggunakan fungsi polynomial tingkat rendah. –membangun suatu bentuk dengan menerapkan operasi boolean pada bentuk yang primitif.



Elemen-elemen Pembentuk Grafik: GEOMETRI



Pemrosesan Citra untuk Ditampilkan di Layar



Hardware display : Vektor



Hardware display : Vektor



Elemen-elemen Pembentuk Grafik:



Warna •Sistem Visual Manusia



Pembentukan Citra oleh



Sensor Mata



•Intensitas cahaya ditangkap oleh diagram iris dan diteruskan ke bagian retina mata. •Bayangan obyek pada retina mata dibentuk dengan mengikuti konsep sistem optik dimana fokus lensa terletak antara retina dan lensa mata. •Mata dan syaraf otak dapat menginterpretasi bayangan yang merupakan obyek pada posisi terbalik.



Sistem visual manusia



•Fovea di bagian retina terdiri dari dua jenis receptor: –Sejumlah cone receptor, sensitif terhadap warna, visi cone disebut photocopic vision atau bright light vision –Sejumlah rod receptor, memberikan gambar keseluruhan pandangan dan sensitif terhadap iluminasi tingkat rendah, visi rod disebutscotopic vision atau dim-light vision •Blind Spot –adalah bagian retina yang tidak mengandung receptor sehingga tidak dapat menerima dan menginterpretasi informasi •Subjective brightness –Merupakan tingkat kecemerlangan yang dapat ditangkap sistem visual manusia; –Merupakan fungsi logaritmik dari intensitascahaya yang masuk ke mata manusia; –Mempunyai daerah intensitas yang bergerak dari ambang scotopic (redup) ke photocopic (terang). •Brightness adaption –Merupakan fenomena penyesuaian mata manusia –dalam membedakan gradasi tingkat kecemerlangan; –Batas daerah tingkat kecemerlangan yang mampu dibedakan secara sekaligus oleh mata manusia lebih kecil dibandingkan dengan daerah tingkat kecemerlangan sebenarnya.



Black



Gray



White



Brightness Resolution



Kubus Warna RGB



-Sistem Koordinat dengan R,G, B sebagai axes.



•Model Warna CMY



-Sistem Koordinat dengan C, M, Y sebagai axes; banyak digunakan untuk menggambarkan warna pada perangkat output hard-copy -Grayscaleaxis runs from (0,0,0) to (1,1,1). -Color: prosessubstractive.



Koordinat Sistem :



4. GEOMETRI PRIMITIVE – MENGGAMBAR GARIS



•Garis adalah kumpulan titik-titik yang tersusun sedemiki-an rupa sehingga memiliki pangkal dan ujung. •Suatu titik pada layar terletak pada posisi (x,y), untuk menggambarkannya plot suatu pixel dengan posisi yang berkesesuaian. •Contoh program :Setpixel (x,y)



•Penampilan garis pada layar komputer dibedakan berdasarkan



Resolusi-nya.–Resolusi : keadaan pixel yang terdapat pada suatu area tertentu– Contoh : Resolusi 640x480, berarti pada layar kompuer terdapat 640 pixel per-kolom dan 480 pixel per-baris.–Resolusi dapat pula dibedakan menjadi kasar, medium dan halus.(x, y)(x, y) Low Resolution



High Resolution



•Untuk menggambarkan garis seperti gambar di atas, diperlukan pixel aktif.



•Parameter pixel address yang membentuk garis pada layar adalah :



•Untuk menampilkan atau menggambarkan garis pada layar dibutuhkan minimal 2 titik (endpoint), yaitu titik awal dan akhir. –Awal garis dimulai dengan titik atau pixel pertama, P1 diikuti titik kedua, P2. –Untuk mendapatkan titik-titik selanjutnya sampai ke Pn perlu dilakukan inkrementasi atas nilai koordinat sumbu X dan Y pada titik sebelumnya.



–Perhitungan inkrementasi untuk masing-masing sumbu adalah berbeda : –Persamaan Umum Garis : y = mx +c



•Garis Horisontal –Garis yang membentang secara paralel dengan sumbu X dengan asumsi titik P1 pada koordinat X1 lebih kecil daripada X2 dari P2, sedangkan Y1 dan Y2 konstant –Algoritma: 1.Menentukan titik awal (P1) dan titik akhir (P2) 2.Periksa posisi sumbu (koordinat)Jika titik ahir < titik awal,Lakukan inkrementasi sumbu X dati titik awal sampai titik akhirJika tidak, makaLakukan dekrementasi sumbu X dati titik awal sampai titik akhir 3.Tampilkan garis menggunakan parameter koordinat yang telah dihitung.



•Garis Vertikal –Garis yang membentang secara paralel dengan sumbu Y dengan asumsi titik P1 pada koordinat Y1 lebih kecil daripada Y2 dari P2, sedangkan X1 dan X2 konstant –Algoritma: 1.Menentukan titik awal (P1) dan titik akhir (P2) 2.Periksa posisi sumbu (koordinat)Jika titik ahir < titik awal,Lakukan inkrementasi sumbu Y dati titik awal sampai titik akhirJika tidak, makaLakukan dekrementasi sumbu Y dati titik awal sampai titik akhir 3.Tampilkan garis menggunakan parameter koordinat yang telah dihitung.



•Garis Diagonal –Garis yang membentang secara paralel 45 derajat dari sumbu X atau sumbu Y dengan asumsi titik awal P1 dengan koordinat X1 dan Y1 lebih kecil daripada X2 dan Y2 atau sebaliknya. –Algoritma : 1.Menentukan titik awal (P1) dan titik akhir (P2) 2.Periksa posisi sumbu (koordinat)Jika titik ahir < titik awal,Lakukan inkrementasi sumbu X dan sumbut Y dati titik awal sampai titik akhirJika tidak, makaLakukan dekrementasi sumbu X dan sumbu Y dati titik awal sampai titik akhir 3.Tampilkan garis menggunakan parameter koordinat yang telah dihitung.



•Garis Bebas (Simple Digital Differential Analyzer/DDA)



–Garis yang membentang antara 2 titik, P1 dan P2, selalu membentuk sudut yangbesarnya sangat bervariasi. –Sudut yang terbentuk menentukan kemiringan suatu garis atau disebut gradient/ slopatau disimbolkan dengan parameter m.



Jika titik-titik yang membetuk garis adalah :(x1,y1)dan (x2,y2) maka



•Algoritma Bresenham –Pixel selanjutnya ?



–Algoritma Bresenham memilih titik terdekat dari actual path



–Setiap sampling akan diinkrement menjadi 1 atau 0 •Kondisi awal :Jikam < 1, maka m bernilai positif •Bresenham melakukan inkremen 1 untuk x dan 0 atau 1 untuk y.



5. GEOMETRI PRIMITIVE – MENGGAMBAR LINGKARAN



Persamaan umum LINGKARAN :



Dengan Contoh program menggambar lingkaran :



void circleSimple(int xCenter, int yCenter, int radius, Color c) { int x, y, r2; r2 = radius * radius; for (x = -radius; x Render -> Display •Tipe Model–Model Geometri •Penggunaan entitas geometri untuk menggambarkan objek •Contoh : garis, poligon, kurva, dll–Model Descriptive •Representasi matematik atau konseptual •Contoh : persamaan dan deskripsi atribut •Representasi Pemodelan –Constructive Solid Geometry (CSG) dan Hierarchical Modelling. –Hierarchical Modelling : model grafis yang disusun dari sejumlah model individual. –Hierarchical model melibatkan proses transformasi.



9.3 Representasi



a. Representasi Objek 3D –Representasi Batas •Representasi Permukaan •Facet poligon, permukaan spline dikonversi ke dalam bentuk jaring poligon –Representasi Solid (Space partitioning) •Representasi objek melalui sekumpulan set padat (kubus).



b. Suatu Objek tersusun dari kumpulan poligon (facet).



c. Setiap permukaan dari poligon yang membentuk objek akan memuncukan garis Normal, yaitu vektor tegak lurus pada permukaan. Fungsinya untuk bayangan



9.4 Pengamatan 3D Bagaimana menetapkan …. •Dari sudut mana kita memandang objek tersebut ? •Dimana kita melihatnya objek tersebut ? •Dengan cara seperti apa kita melihat objek tersebut ?



(Pengamatan 3D menyerupai proses pengambilan gambar melalui fotografi !)



•



Analogi Kamera dan Transformasi :



•Transformasi Proyeksi Menyesuaikan lensa pada kamera Sudut pandang Paralel atau Proyeksi Transformasi PandanganTripod : mendefinisikan posisi dan orientasi volume pandangan di dunia nyata •Transformasi Model, menggerakan mode •Transformasi ViewportMemperbesar atau memperkecil fisik foto.



9.5 Hidden Surface Removal



•Bagaimana cara kita menampilkan objek yang saling bertumpang tindih sehingga pada akhirnya hanya bagian depan dengan pixel yang berkontribusi saja yang tampil ? •Dapatkah kita melanjutkannya (memperbesar/memperkecil area yang bertumpang tindih) dan menghindari rasterisasi yang tidak diperlukan ? •Dapatkah kita menangani objek yang transparant dan semi-transparant ?



view area fully visible area partially visible area area not visible at all



10. IILUMINATION, SHADING, DAN TEKSTURE



10.1 Illuminasi



•Illuminasi : Perpindahan energi(khusunya luminous flux dari cahaya yang terlihat) dari sumber cahaya ke permukaan dan titik-titik. •Bagaimana kita memodelkan cahaya/sinar ? •Bagaimana kita memodelkan pantulan dari permukaan yang dikenai cahaya



•Komponen Illuminasi :



–Sumber Cahaya •Spektrum Daya Pancar/ Emittance Spectrum (Warna) •Geometry (posisi dan arah) •Pelemahan Arah /Directional Attenuation



–Properti Permukaan/Surface Properties •Spektrum Pantulan /Reflectance Spectrum (Warna) untuk beragam aspek illuminasi •Geometry (posisi, orientasi,dan struktur mikro) •Penyerapan



10.2 Bayangan



•Bayangan adalah proses penentuan warna dari semua pixel yang menutupi permukaan menggunakan model illuminasi. •Metodenya melliputi :



–Penentuan permukaan tampak pada setiap pixel –Perhitungan normal pada permukaan –Mengevaluasi intensitas cahaya dan warna menggunakan model illuminasi.



•Metode pembuatan bayangan cukup mahal, untuk membuatnya lebih efisien dilakukan melalui kustomisasi untuk merepresentasikan permukaan yang spesifik.



•Jaring poligon secara umum sering digunakan untuk merepresentasikan permukaan yang kompleks.



•Informasi geometri yang tersedia hanyalah vertice dari poligon



•Interpolasi dari model bayangan dapat digunakan untuk meningkatkan substansi secara lebih efisien.



Ragam Teknik Bayangan



10.3 Tekstur




Teknik menampilkan permukaan benda secara detil tanpa menambah kerumitan secara geometri (jumlah bentuk geometris) disebut Texturing :
Metoda untuk mengisi permukaan benda dengan citra 2 dimensi (texture map)
Membungkus permukaan benda dengan pola gambar yang diperoleh dari file citra (image)
Setiap titik di pola gambar dipetakan ke titik di permukaan benda



Ada beberapa macam teknik pemetaan texture :




Bump Mapping Bump Mapping digunakan untuk menampilkan permukaan benda yang tidak rata atau normal yang bervariasi pada permukaan benda




Procedural Texture Mapping 1. Texture dihasilkan dari prosedur / modul program dan bukan dari file gambar (image file). 2. Digunakan untuk melakukan simulasi permukaan yang bergerak seperti air dan awan




Displacement Mapping Menampilkan permukaan benda yang seolah-olah dipahat



11. PENGOLAHAN CITRA



11.1 Definisi dan Tujuan Pengolahan Citra



•Pengolahan Citra / Image Processing : –Proses memperbaiki kualitas citra agar mudah diinterpretasi oleh manusia atau komputer –Teknik pengolahan citra dengan mentrasfor-masikan citra menjadi citra lain, contoh : pemampatan citra (image compression) –Pengolahan citra merupakan proses awal (preprocessing) dari komputer visi.



•Pengenalan pola (pattern recognition) : –Pengelompokkan data numerik dan simbolik (termasuk citra) secara otomatis oleh komputer agar suatu objek dalam citra dapat dikenali dan diinterpreasi. –Pengenalan pola adalah tahapan selanjutnya atau analisis dari pengolahan citra



Proses Umum Komputer Visi (Pengolahan Citra dan Pengenalan Pola)



Hirarki Pemorsesan



Contoh Algoritma



Preprocessing



Noise removal Contrast enhacement



Lowest-level feature exctraction



Edge detection Texture detection



Intermediate-level feature extraction



Connectivity Pattern matching Boundary coding



High-level scene interpretaion via images Model-base recognition



11.2 Operasi Pengolahan Citra



1. Perbaikan kualitas citra (image enhacement)



Tujuan : memperbaiki kualitas citra dengan memanipulasi parameter-parameter citra. Operasi perbaikan citra : •Perbaikan kontras gelap/terang •Perbaikan tepian objek (edge enhancement) •Penajaman (sharpening) •Pemberian warna semu(pseudocoloring) •Penapisan derau (noise filtering)



2. Pemugaran citra (image restoration)



Tujuan : menghilangkan cacat pada citra. Perbedaannya dengan perbaikan citra : penyebab degradasi citra diketahui. Operasi pemugaran citra : •Penghilangan kesamaran (deblurring) •Penghilangan derau (noise)



3. Pemampatan citra (image compression)



Tujuan : citra direpresentasikan dalam bentuk lebih kompak, sehingga keperluan memori lebih sedikit namun dengan tetap mempertahankan kualitas gambar (misal dari .BMP menjadi .JPG)



4. Segmentasi citra (image segmentation)



Tujuan : memecah suatu citra ke dalam beberapa segmen dengan suatu kriteria tertentu. Berkaitan erat dengan pengenalan pola.



5. Pengorakan citra (image analysis)



Tujuan : menghitung besaran kuantitatif dari citra untuk menghasilkan deskripsinya. Diperlukan untuk melokalisasi objek yang diinginkan dari sekelilingnya Operasi pengorakan citra : –Pendeteksian tepi objek (edge detection) –Ekstraksi batas (boundary) –Represenasi daerah (region)



6. Rekonstruksi citra (Image recontruction)



Tujuan : membentuk ulang objek dari beberapa citra hasil proyeksi.



11. 3 Aplikasi Pengolahan Citra dan Pengenalan Pola



•Bidang Perdagangan –Pembacaan bar codepada barang di supermarket –Pengenalan huruf/angka pada formulir secara otomatis



•Bidang Militer –Mengenali peluru kendali melalui sensor visual –Mengidentifikasi jenis pesawat musuh



•Bidang Kedokteran –Deteksi kanker dengan sinar X –Rekonstruksi foto janin hasil USG



•Bidang Biologi –Penenalan kromosom melalui gambar mikroskopik



•Komunikasi Data –Pemampatan citra transmisi



•Hiburan –Pemampatan video MPEG



•Robotika –Visual guided autonomous navigation



•Pemetaan –Klasifikasi penggunaan tanah melalui foto udara



•Geologi –Mengenali jenis bebatuan melalui foto udara



•Hukum –Pengenalan sidik jari –Pengenalan foto narapidana



11. 4 Pembentukan Citra



Citra ada 2 macam :



•Citra Kontinu –Dihasilkan dari sistem optik yang menerima sinyal analog. –Contoh : mata manusia, kamera analog



•Citra Diskrit / Citra Digital –Dihasilkan melalui proses digitalisasi terhadap citra kontinu. –Contoh : kamera digital, scanner



12. MODEL CITRA



Citra merupakan fungsi kontinu dari intensitas cahaya pada bidang 2D



•Secara matematis fungsi intensitas cahaya pada bidang 2D disimbolkan dengan f(x,y), dimana : –(x,y): koordinat pada bidang 2D –f(x,y) : intensitas cahaya (brightness)pada titik (x,y)



•Karena cahaya merupakan bentuk energi, maka intensitas cahaya bernilai antara 0 sampai tidak berhingga, 0 ≤f(x,y) ≤∞ •f(x,y) = i(x,y) . r(x,y)



Dimana : –i(x,y) : jumlah cahaya yang berasal dari sumbernya (illumination)yang nilainya 0 ≤i(x,y) ≤∞ Nilai i(x,y)ditentukan oleh sumber cahaya –r(x,y): derajat kemampuan obyek memantulkan cahaya(reflection) yang nilainya 0 ≤r(x,y) ≤1 Nilai r(x,y)ditentukan oleh karakteristik obyek di dalam citra. r(x,y)=0 mengindikasikan penyerapan total. r(x,y)=1 mengindikasikan pemantulan total



Derajat Keabuan (grey level): intensitas fcitra hitam-putih pada titik (x,y) –Derajat keabuan bergerak dari hitam ke putih.



–Skala keabuan memiliki rentang : lmin< f < lmaxatau [0,L], dimana intensitas 0 menyatakan hitam dan Lmenyatakan putih.



–Contoh : citra hitam-putih dengan 256 level, artinya mempunyai skala abu-abu dari 0 sampai 255 atau [0,255], dalam hal ini nilai 0 menyatakan hitam dan 255



menyatakan putih, nilai antara 0 sampai 255 menyatakan warna keabuan yang terletak antara hitam dan putih.



•Citra hitam-putih : citra monokrom (monochrome image) atau citra satu kanal (satu fungsi intensitas) •Citra berwarna : citra spektral , karena warna pada citra disusun oleh tiga komponen warna RGB (Red-Green-Blue)



–Intensitas suatu titik pada citra berwarna merupakan kombinasi dari intesitas : merah (fmerah(x,y)), merah (fhijau(x,y)) dan merah (fbiru(x,y)),



12.1 Digitalisasi Citra



•Digitalisasi citra : representasi citra dari fungsi kontinu menjadi nilai-nilai diskrit, sehingga disebut Citra Digital •Citra digital berbentuk empat persegipanjang dan dimensi ukurannya dinyatakan sebagai tinggi x lebar (lebar x panjang) •Citra digital yang tingginya N, lebarnya Mdan memiliki Lderajat keabuan dapat dianggapa sebagai fungsi :0OxOMf(x,y) 0Oy ON0Of OL •Citra digital yang berukuran N x Mlazimnya dinyatakan dengan matriks berukuran N baris dan M kolom, dan masing-masing elemen pada citra digital disebut pixel (picture element)f(x,y) ≈ •Contoh : suatu citra berukuran 256 x 256 pixel dengan intensitas beragam pada tiap pixelnya, direpresentasikan secara numerik dengan matriks terdiri dari 256 baris dan 256 kolom.



12.2 Sampling



•Sampling : digitalisasi spasial (x,y). •Citra kontinu disampling pada grid-grid yang berbentuk bujursangkar (kisi-kisi arah horizontal dan vertikal).



Contoh : Sebuah citra berukuran 10x10 inchi dinyatakan dalam matriks yang berukuran 5 x 4 (5 baris 4 kolom). Tiap elemen citra lebarnya 2,5 inchi dan tingginya 2 inchi akan diisidengan sebuah nilai bergantung pada rata-rata intensitas cahaya pada area tersebut.



12.3 Diskrit •Pembagian gambar menjadi ukuran tertentu menentukan RESOLUSI(derajat rincian yang dapat dilihat) spasial yang diperoleh. •Semakin tinggi resolusinya semakin kecil ukuran pixel atau semakin halus gambar yang diperoleh karena informasi yang hilang semakin kecil.



12.4 Kuantisasi



•Kuantisasi : pembagian skala keabuan (0,L) menjadi G level yang dinyatakan dengan suatu harga bilangan bulat (integer), biasanya G diambil perpangkatan dari 2.G = 2mdimana G : derajat keabuanm : bilangan bulat positifSkala



bitHitam dinyatakan dengan nilai derajat keabuan terendah, sedangkan putih dinyatakan dengan nilai derajat keabuan tertinggi, misalnya 15 untuk 16 level.Jumlah bit yang dibutuhkan untuk merepresentasikan nilai keabuanpixel disebut pixel depth. Sehingga citra dengan kedalaman 8 bit sering disebut citra-8 bit.Besarnya derajat keabuan yang digunakan untuk menentukan resolusi kecerahan dari citra yang diperoleh.Semakin banyak jumlah derajat keabuan (jumlah bit kuantisasinya makin banyak), semakin bagus gambar yang diperoleh karena kemenerusan derajat keabuan akan semakin tinggi sehingga mendekati citra aslinya.



12.5 Elemen Dasar Citra Digital



•Kecerahan (Brightness) –Kecerahan : intensitas cahaya rata-rata dari suatu area yang melingkupinya.



•Kontras (Contrast) –Kontras : sebaran terang (lightness)dan gelap (darkness)di dalam sebuah citra. –Citra dengan kontras rendah komposisi citranya sebagian besar terang atau sebagian besar gelap.



–Citra dengan kontras yang baik, komposisi gelap dan terangnya tersebar merata.



•Kontur (Contour) –Kontur : keadaan yang ditimbulkan oleh perubahan intensitas pada pixel-pixel tetangga, sehingga kita dapat mendeteksi tepi objek di dalam citra.



•Warna (Color) –Warna : persepsi yang dirasakan oleh sistem visual manusia terhadap panjang gelombang cahaya yang dipantulkan oleh objek. –Warna-warna yang dapat ditangkap oleh mata manusia merupakan kombinasi cahaya dengan panjang berbeda. Kombinasi yang memberikan rentang warna paling lebar adalah red (R), green(G)dan blue (B).



•Bentuk (Shape) –Bentuk : properti intrinsik dari objek tiga dimensi, dengan pengertian bahwa bentuk merupakan properti intrinsik utama untuk visual manusia. –Umumnya citra yang dibentuk oleh manusia merupakan 2D, sedangkan objek yang dilihat adalah 3D.



•Tekstur (Texture) –Tekstur : distribusi spasial dari derajat keabuan di dalam sekumpulan pixel-pixel yang bertetangga.



12.6 Elemen Sistem Pemrosesan Citra Digital



Digitizer(Digital Acqusition System) : sistem penamgkap citra digital yang melakukan penjelajahan citra dan mengkonversinya ke representasi numerik sebagai masukan bagi komputer digital. Hasil dari digitizer adalah matriks yang elemen-elemennya menyatakan nilai intensitas cahaya pada suatu titik.



Digitizer terdiri dari 3 komponen dasar : –Sensor citra yang bekerja sebagai pengukur intensitas cahaya –Perangkat penjelajah yang berfungsi merekam hasil pengukuran intensitas pada seluruh bagian citra –Pengubah analog ke digital yang berfungsi melakukan sampling dankuantisasi.



•Komputer digital,digunakan pada sistem pemroses citra, mampu melakukan berbagai fungsi pada citra digital resolusi tinggi.



•Piranti Tampilan, peraga berfungsi mengkonversi matriks intensitas tinggi merepresentasikan citra ke tampilan yang dapat diinterpretasi oleh manusia.



•Media penyimpanan, piranti yang mempunyai kapasitas memori besar sehingga gambar dapat disimpan secara permanen agar dapat diproses lagi pada waktu yang lain.



13. PELEMBUTAN CITRA



13.1 Pelembutan Citra



Proses pelembutan pada domain spasial dilakukan dengan mengganti nilai pixel dengan nilai rata-rata pixel tetangganya Tujuan: •Menurunkan/menekan gangguan (noise) pada citra



–Gangguan pada citra umumnya berupa variasi intensitas pixel yangtidak berkorelasi dengan pixel tetangganya –Pixel yang terkena gangguan umumnya mempunyai frekuensi tinggi –Pelembutan citra dilakukan dengan menekan komponen yang berfrekuensi tinggi dan membiarkan /meloloskan komponen yang berfrekuensi rendah –Contoh : citra yang terkena gangguan spike2



13.2 Penajaman Citra



Tujuan •Memperjelas tepi objek pada citra



–Kebalikan pelembutan citra –Metodenya menggunakan Penapis Lolos Tinggi (HighPass Filter / HPF) –Sering disebut sebagai PenajamanTepi (edge sharpening)



13.3 Pemampatan



1. Pemampatan –Citra dikodekan –Representasi Memory menjadi kecil



–Menerapkan proses Compress dan Decompress –Aplikasi : Pengiriman dan Penyimpanan Data



2. Kriteria Pemampatan •Waktu pemampatan •Kebutuhan memory •Kualitas pemampatan (fidelity)



3. Jenis Pemampatan •Pendekatan Statistik –Melihat frekuensi kemunculan derajat keabuan pixel



•Pendekatan Ruang –Melihat hubungan antar pixel yang mempunyai derajat keabuan yang sama pada wilayah dalam citra



•Pendekatan Kuantisasi –Mengurangi jumlah derajat keabuan yang tersedia



•Pendekatan Fraktal –Kemiripan bagian citra dieksploitasi dengan matriks transformasi



4. Klasifikasi Metode Pemampatan •Metode Lossless –menghasilkan citra yang sama dengan citra semula –Tidak ada informasi yang hilang –Nisbah/ratio pemampatan sangat rendah –Contoh, metode Huffman



•Metode lossy –menghasilkan citra yang hampir sama dengan citra semula



–Ada informasi yang hilang akibat pemampatan tapi masih bisa ditolerir oleh persepsi mata –Nisbah/ratio pemampatan tinggi –Contoh, JPEG dan FraktalSebelumSesudah5



14. ANIMASI



14.1 Dasar Animasi



•



Animasi adalah teknik menggerakan serangkaian "objek".



•



Efek bergerak dari "objek" diperoleh dengan menggantikan sejumlah gambar "objek" secara cepat sehingga mata viewer tidak sempat melihat pergantian tersebut.



•



Kehalusan gerakan objek ditentukan oleh seberapa banyak gambar yang menunjukkan perubahan gerakan.



•



Semakin banyak gambar perubahan gerakan maka gerakan tersebut akan nampak semakin halus.



•



Pada awalnya setiap perubahan gerakan digambar menggunakan tangan.



•



Hal tersebut tentunya membutuhkan keahlian khusus.



•



Ada dua jenis animasi 2 dimensi yang dapat dilakukan dengan menggunakan komputer : –



Sprite



–



In Between (Tweening)



Animasi Spite •



Animasi sprite tidak berbeda dengan yang dilakukan oleh animator manual.



•



Setiap perubahan gerakan disimpan sebagai file gambar terpisah dan kemudian file-file tersebut ditampilkan secara cepat.



•



Agar animasi sprite menghasilkan gerakan yang halus maka diperlukan cukup banyak file gambar.



•



Algorithma dasar animasi sprite : Img = array berisi file gambar dari index = 1 sampai n lakukan gambar = Img [index] tampilkan gambar tunggu beberapa detik hapus gambar



•



Animasi sprite cocok digunakan untuk situasi dimana gerakan relatif tidak berubah.



•



Aplikasi yang menggunakan teknik animasi sprite tidak interaktif karena gerakan "objek" sudah ditentukan terlebih dahulu.



In Between (Tweening) •



Animasi In Betweening adalah animasi yang menghitung perubahan lokasi dari titik-titik di "objek".



14.2 Animasi Komputer




Animasi merupakan efek visual dimana pemirsa melihat 'objek' bergerak meskipun sebenarnya 'objek' tersebut diam.
Animasi merupakan efek dari kondisi 'after image' dimana orang masih melihat 'bayangan' benda selama beberapa detik meskipun benda tersebut sudah tidak berada di depannya.
Otak membutuhkan waktu untuk memproses benda yang dilihat mata
Animasi diperoleh apabila sejumlah gambar dimunculkan bergantian secara cepat.
Salah satu teknik sederhana memperoleh efek animasi :
Flip book
Menggambar sejumlah gambar yang berbeda pada pinggir buku
Pinggir buka dibuka dengan cepat (flipping)
Thaumatrope
Dibuat oleh DrJohn Ayrton Paris
Gambar dibuat di buah sisi lingkaran yang diberi karet pada kedua sisi
Lingkaran diputar dengan cepat



Dasar-dasar Animasi Komputer
Setiap gerakan harus digambar pada bagian yang terpisah




Gambar kemudian ditampilkan bergantian dengan cepat.
Setiap gambar disebut sebagai frame.




Setiap frame yang menunjukkan gerakan yang berbeda secara pokok disebut sebagai keyframe.



Beberapa gerakan dasar animasi tradisional




Animasi komputer adalah animasi yang menggunakan komputer sebagai alat bantu dalam merancang / menghasilkan animasi




Dibedakan menjadi beberapa macam :
Keyframe animation
Articulated Figure
Kinematics
Dynamics



Keyframe Animation




Mendefinisikan beberapa frame pokok (keyframe)
Komputer akan menghitung frame antara (in-betweening)




Frame antara (in-betweening) dapat dihitung dengan model :
Interpolasi linear : menghasilkan gerakan yang patah / tidak kontinyu
Interpolasi spline : menghasilkan gerakan yang lebih baik dari interpolasi linear
Interpolasi cubic-spline : menghasilkan gerakan yang kontinyu