bab 4 bayangan update

22
Daftar isi BAB 4................................................3 Bayangan..............................................3 4.1 Pendahuluan..................................... 3 4.2 Tujuan khusus................................... 4 4.3 Teori Bayangan..................................4 4.3.1 Pengenalan bayangan..........................4 4.3.2 Model bayangan Direct Line...................6 4.3.3 Model bayangan Indirect Line................11 4.4 Contoh soal dan jawaban........................14 4.5 Rangkuman...................................... 15 4.6 Latihan........................................ 17

Upload: iroel-jenklin

Post on 07-Aug-2015

204 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Bab 4 Bayangan Update

Daftar isi

BAB 4.....................................................................................................................3

Bayangan..................................................................................................................3

4.1 Pendahuluan...................................................................................................3

4.2 Tujuan khusus.................................................................................................4

4.3 Teori Bayangan..............................................................................................4

4.3.1 Pengenalan bayangan...............................................................................4

4.3.2 Model bayangan Direct Line...................................................................6

4.3.3 Model bayangan Indirect Line...............................................................11

4.4 Contoh soal dan jawaban..............................................................................14

4.5 Rangkuman...................................................................................................15

4.6 Latihan..........................................................................................................17

Page 2: Bab 4 Bayangan Update

Daftar Gambar

Gambar 4.1 Contoh gambar Flat Shading................................................................7

Gambar 4.2 Gambar Ground Shading......................................................................9

Gambar 4.3 Contoh Gambar Flat Shading dan Phong Shading.............................10

Gambar 4.4 Contoh gambar Gouraud shading dan phong shading.......................10

Gambar 4.5 Perbedaan antara pencahayaan standart dan radiositas......................13

Page 3: Bab 4 Bayangan Update

BAB 4

Bayangan

4.1 Pendahuluan

Bayangan (Shadows) telah menjadi suatu hal yang lazim di dunia grafik

komputer, dengan adanya teknik pembayangan (shadowing technique) yang baik

akan dapat meningkatkan realisme gambar yang diciptakan oleh komputer.

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.

Sebuah bayangan adalah area di mana cahaya langsung dari sumber cahaya tidak

dapat dicapai karena obstruksi oleh suatu benda. Ini menempati semua ruang di

belakang obyek buram dengan cahaya di depannya. Penampang bayangan adalah

siluet dua dimensi, atau proyeksi terbalik dari obyek menghalangi cahaya.

Sebuah objek akan memberikan sifat yang berbeda pada saat dikenai cahaya. Ada

yang memantulkan, membiaskan ataupun menyerap cahaya. Selain itu, ada objek

yang apabila dikenai cahaya maka akan menimbulkan bayangan.

Makalah ini disusun sebagai berikut. Pertamatama kami menjelaskan mengenai

latar belakang penulisan makalah ini. Yang ke dua kami akan menjelaskan tentang

tujuan khusus pembuatan makalah ini, dan pada bagian Isi atau teori kami akan

menjelaskan mengenai Teori yang terkait dengan masalah dalam makalah ini

seperti pengenalan bayangan dan model bayangan.

Page 4: Bab 4 Bayangan Update

Lalu dalam bagian keempat yaitu Contoh soal, pada bagian ini kami juga akan

menuliskan soal besrta jawabannya sesuai dengan pembahasan makalah. Pada

bagian yang ke lima akan berisi kesimpulan dari pada isi makalah ini. Dan yang

terakhir pada makalah ini kami akan membuat latihan sesuai dengan isi makalah

yang kami buat.

4.2 Tujuan khusus

Memahami model-model bayangan dan cara terbentuknya bayangan.

Memahami terbentuknya model bayangan dengan cara flat

shading, gouraud shading, dan phong shading.

4.3 Teori Bayangan

4.3.1 Pengenalan bayanganBayangan 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.

Salah satu cara untuk menampilkan objek 3 dimensi agar terlihat nyata adalah

dengan menggunakan shading. Shading adalah cara menampilkan objek 3 dimensi

dengan mewarnai permukaan objek tersebut dengan memperhitungkan efek-efek

cahaya. Efek-efek cahaya yang dimaksud adalah ambient, diffuse, dan specular.

Metode shading yang digunakan adalah Flat Shading, Gouraud Shading, dan

Phong Shading. Untuk Flat Shading, perhitungan warna dilakukan satu kali

karena dalam 1 face tidak terjadi gradasi warna, untuk Gouraud Shading,

Page 5: Bab 4 Bayangan Update

pewarnaan vertex dilakukan pada tiap vertex sehingga tampak gradasi warnanya.

Dan untuk Phong Shading, pewarnaan dilakukan pada tiap garis hasil scanline

pada face sehingga gradasi tampak lebih halus.

Metode pembuatan bayangan cukup mahal, untuk membuatnya lebih efisien

dilakukan melalui kustomisasi untuk merepresentasikan permukaan yang spesifik.

Jaringan poligon secara umum sering digunakan untuk merepresentasikan

permukaan yang kompleks. Informasi geometri yang tersedia hanyalah vertice

dari polygon.

Interpolasi dari model bayangan dapat digunakan untuk meningkatkan substansi

secara lebih efisien.

Unsur yang mempengaruhi bayangan adalah:

Normal Vektor

Normal Vector adalah vector yang arahnya tegak lurus pada luasan(face). Normal

Vectordapat diperoleh dari perkalian silang (cross-product) dari dua vector yang

berada pada face. Besar dari Normal Vector Vector tegantung pada hasil perkalian

silangnya.

UnitVektor

Unit Vector adalah vektor yang besarnya adalah satu satuan dan arahnya

tergantung arah 2 2 2 vektor asalnya. Besar suatu vektor dapat diperoleh dengan v

z v y v x v Agarvektor v menjadi unit vektor maka semua koefisien

(vx,vy,vz) dibagi dengan |v|.

Optical Vektor

Sebuah konsep mengenai pencahayaan yang jatuh pada sebuah benda.

Sebuah objek akan memberikan sifat yang berbeda pada saat dikenai cahaya. Ada

yang memantulkan, membiaskan ataupun menyerap cahaya. Selain itu, ada objek

yang apabila dikenai cahaya maka akan menimbulkan bayangan.

Page 6: Bab 4 Bayangan Update

Bayangan timbul disebabkan oleh adanya sumber cahaya. Di sekitar kita banyak

didapati pelbagai sumber cahaya, contohnya : cahaya matahari, neon, lampu pijar

dan lain sebagainya. Jenis cahaya dari pelbagai sumber cahaya sering diasumsikan

dan dimodelkan dengan cahaya titik dan cahaya lingkungan. Dengan dua jenis

cahaya ini memudahkan pembuatan model bayangan dan pantulan.

4.3.2 Model bayangan Direct Line

Dalam model bayangan terdapat tiga model (direct line), yaitu:

Flat shading.

Gouraud shading.

Phong shading.

1. Flat shading

Flat shading adalah teknik pencahayaan yang digunakan dalam komputer grafis

3D untuk menaungi setiap poligon dari suatu objek berdasarkan sudut antara

normal permukaan poligon dan arah sumber cahaya, warna masing-masing dan

intensitas sumber cahaya. Hal ini biasanya digunakan untuk rendering kecepatan

tinggi di mana teknik shading lebih maju terlalu komputasi mahal. Sebagai hasil

dari shading datar semua simpul poligon ini yang diwarnai dengan satu warna,

memungkinkan diferensiasi antara poligon yang berdekatan. Specular highlights

diberikan buruk dengan shading datar: Jika ada terjadi menjadi komponen

specular besar di titik perwakilan, kecerahan yang ditarik seragam ke seluruh

wajah. Jika sorot specular tidak jatuh pada titik perwakilan, itu terjawab

seluruhnya. Akibatnya, komponen refleksi specular biasanya tidak termasuk

dalam perhitungan shading datar.

Pemberian bayangan rata (flat) merupakan cara termudah untuk dibuat. Bayangan

rata mempunyai karakteristik sebagai berikut :

- Pemberian tone yang sama untuk setiap polygon.

- Penghitungan jumlah cahaya mulai dari titik tunggal pada permukaan.

Page 7: Bab 4 Bayangan Update

- Penggunaan satu normal untuk seluruh permukaan.

Pemberian bayangan rata ini mengasumsikan bahwa setiap muka polygon dari

sebuah objek adalah rata dan semua titik pada permukaan mempunyai jarak yang

sama dengan sumber cahaya. (Drawing With Confidence. Retrieved 19 September

2012)

Gambar 4.1 Contoh gambar Flat Shading

2. Gouraud Shading

Sebuah teknik yang dikembangkan oleh Henri Gouraud pada awal tahun 1970.

Teknik ini menampilkan kesan gelap terang dari sebuah permukaan objek

dengan memperhitungkan warna dan penyinaran dari tiap sudut segitiga.

Gouraud shading adalah metode rendering sederhana jika dibandingkan dengan

Phong shading. Teknik ini tidak menghasilkan efek shadow dan refleksi.

Metode ini digunakan dalam grafik komputer untuk mensimulasikan efek

cahaya yang berbeda dan warna di permukaan benda. Dalam prakteknya,

Gouraud shading digunakan untuk mencapai pencahayaan halus rendah-

poligon permukaan tanpa berat menghitung kebutuhan komputasi pencahayaan

untuk setiap pixel.

Gouraud shading bekerja sebagai perkiraan ke permukaan normal setiap sudut

dalam model 3D poligonal yang baik ditentukan untuk setiap titik atau

ditemukan oleh rata-rata normals permukaan dari poligon yang bertemu di

Page 8: Bab 4 Bayangan Update

setiap sudut. Dengan menggunakan perkiraan, pencahayaan perhitungan

berdasarkan pada model refleksi, misalnya model refleksi Phong, kemudian

dilakukan untuk menghasilkan intensitas warna pada simpul. Untuk setiap

pixel layar yang ditutupi oleh jaring poligonal, intensitas warna kemudian

dapat diinterpolasi dari nilai warna dihitung pada simpul.

Jika di bandingkan dengan Shanding lainnya, Gouraud Shading dianggap

unggul shading datar, yang membutuhkan pengolahan secara signifikan kurang

dari Phong shading, tetapi biasanya hasil dalam tampilan faceted.

Dibandingkan dengan Phong shading, kekuatan Gouraud shading dan

kelemahan terletak pada interpolasi nya. Jika mesh mencakup lebih banyak

piksel dalam ruang layar daripada memiliki simpul, interpolasi nilai warna dari

sampel perhitungan pencahayaan mahal di simpul kurang prosesor intensif

daripada melakukan perhitungan pencahayaan untuk setiap pixel seperti dalam

Phong shading. Namun, efek pencahayaan yang sangat lokal (seperti specular

highlights, misalnya kilatan cahaya yang dipantulkan pada permukaan apel)

tidak akan diberikan dengan benar, dan jika menyorot terletak di tengah-tengah

poligon, tetapi tidak menyebar ke poligon dhuwur, itu tidak akan menjadi jelas

dalam render Gouraud, sebaliknya, jika sorot terjadi pada titik poligon, maka

akan diberikan dengan benar di titik ini (karena ini adalah di mana model

pencahayaan diterapkan), namun akan menyebar wajar di semua poligon

tetangga melalui metode interpolasi.

Masalahnya mudah terlihat di rendering yang seharusnya menyorot specular

bergerak lancar di permukaan model seperti berputar. Shading Gouraud malah

akan menghasilkan sorot terus memudar masuk dan keluar di bagian tetangga

dari model, memuncak pada intensitas ketika sorot specular dimaksudkan

melewati simpul dari model.

Untuk kejelasan, perhatikan bahwa masalah hanya dijelaskan dapat

ditingkatkan dengan meningkatkan kepadatan simpul dalam objek (atau

mungkin meningkatkan mereka hanya dekat daerah masalah), tapi tentu saja,

Page 9: Bab 4 Bayangan Update

solusi ini berlaku untuk setiap paradigma shading apapun - memang, dengan

sebuah "sangat besar" jumlah simpul tidak pernah akan ada perlu sama sekali

untuk konsep shading. (Gouraud, Henri 1971)

Gambar 4.2 Gambar Ground Shading

3. Phong Shading

Phong shading mengacu pada seperangkat teknik dalam komputer grafis

3D.Phong shading meliputi model bagi refleksi cahaya dari permukaan dan

metode yang kompatibel memperkirakan pixel warna oleh interpolating

permukaan normal di rasterized poligon.

Model refleksi juga mungkin disebut sebagai refleksi Phong model, Phong

Phong iluminasi atau pencahayaan.Ini mungkin disebut Phong shading dalam

konteks pixel shader, atau tempat lain di mana perhitungan pencahayaan dapat

disebut sebagai "shading". Metode interpolasi juga mungkin disebut Phong

interpolasi, yang biasanya disebut dengan "per-pixel pencahayaan".Biasanya

disebut "pelindung" bila dibandingkan dengan metode interpolasi lain seperti

Gouraud pelindung atau flat shading.Refleksi yang Phong model tersebut

dapat digunakan bersama dengan salah satu metode interpolasi.

Metode ini dikembangkan oleh Phong Bui Tuong di Universitas Utah.

Page 10: Bab 4 Bayangan Update

Dari hasil implementasi dan pengujian sistem, Phong Shading merupakan

metode yang terbaik dikarenakan untuk mewarnai objek dilakukan scanline

sehingga pada tiap face, pewarnaan dilakukan tiap garis. Namun, proses

pewarnaan yang dilakukan lebih lama daripada yang lain akibat scanline yang

dilakukan. (Mark 1992)

Gambar 4.3 Contoh Gambar Flat Shading dan Phong Shading

Gambar 4.4 Contoh gambar Gouraud shading dan phong shading

Page 11: Bab 4 Bayangan Update

4.3.3 Model bayangan Indirect Line

Ray Tracing

Radiosity

RAY TRACING

Ray Tracing adalah metode untuk menghitung jalan gelombang atau partikel

melalui suatu sistem. Ray Tracing atau yang dikenal dengan Ray Casting,

menjelaskan hal yang terlihat dari permukaan dengan mengikuti gambaran

cahaya dari sinar yang berasal dari penglihatan mata kita terhadap objek di

layar. Ray Tracing adalah teknik rendering grafik tiga dimensi dengan interaksi

sinar yang kompleks.

Ray tracing dilakukan dalam dua bentuk yang berbeda :

1. Ray Tracing (physics).

Ray Tracing (physics), yang digunakan untuk menganalisis sistem optik.

Dalam fisika, ray tracing adalah metode untuk menghitung jalan gelombang

atau partikel melalui suatu sistem dengan berbagai propagasi daerah kecepatan,

penyerapan karakteristik, dan mencerminkan permukaan. Dalam keadaan ini,

permukaan gelombang dapat menekuk, mengubah arah, atau mencerminkan

permukaan, dengan analisis yang rumit. Ray tracing memecahkan masalah

dengan mempercepat idealisasi berkas sempit secara berulang-ulang yang

disebut dengan ray yang melalui suatu medium dengan sejumlah diskrit.

Masalah sederhana dapat dianalisis dengan menyebarkan beberapa sinar

dengan menggunakan matematika sederhana. Analisis yang lebih detailnya

dapat dilakukan dengan menggunakan komputer untuk menyebarkan banyak

sinar.

Ray tracing bekerja dengan mengasumsikan bahwa partikel atau gelombang

dapat dimodelkan sebagai sejumlah besar berkas sinar yang sangat sempit, dan

bahwa ada beberapa sinar yang melewati batas jarak seperti sinar yang

Page 12: Bab 4 Bayangan Update

bertempat datar. Sinar pelacak akan mepercepat sinar yang melewati jarak ini,

dan kemudian menggunakan daerah turunan dari medium untuk menghitung

arah sinar baru. Dari lokasi ini, sinar yang baru akan dikirim keluar dan proses

akan diulang sampai jalan yang lengkap dihasilkan. Jika simulasinya mencakup

benda padat, sinar dapat diuji pada persimpangan dengan setiap langkahnya,

melakukan penyesuaian pada arah sinar jika ditemukan adanya suatu tabrakan.

Properti lain dari sinar dapat diubah sebagai pencepatan simulasi juga., seperti

intensitas, panjang gelombang, atau polarisasi.

Contoh kegunaan Ray Tracing (physics) ada pada sinyal radio, samudra

akustik, dan desain optis.

2. Ray Tracing (graphics), yang digunakan untuk generasi gambar 3D.

Dalam grafik komputer, ray tracing adalah teknik untuk menghasilkan sebuah

gambar dengan menelusuri jalan cahaya melalui pixel dalam gambar pesawat.

Teknik ini mampu menghasilkan tingkat ketajaman gambar yang sangat tinggi

biasanya lebih tinggi dari pada metode tipe scanline rendering, tetapi pada

biaya komputasi yang lebih besar. Hal ini membuat ray tracing paling cocok

untuk aplikasi di mana gambar dapat di-render perlahan terlebih dahulu, seperti

pada gambar diam dan film dan special effects televisi, dan kurang lebih cocok

untuk real-time aplikasi seperti game komputer, di mana kecepatan sangat

penting. Ray tracing mampu mensimulasikan berbagai efek optis, seperti

refleksi dan pembiasan penyebaran, dan aberasi kromatik.

Ray tracing telah digunakan dalam lingkungan produksi untuk off-line

rendering selama beberapa dekade sekarang – yaitu rendering yang tidak perlu

menyelesaikan seluruh adegan dalam waktu kurang dari beberapa milidetik.

Tentu saja kita tidak boleh men-generalisasi dan membiarkan pengguna

mengetahui bahwa beberapa implementasi raytracer telah mampu menekan

tanda “interaktif”. Sekarang juga disebut “real-time ray tracing”, yaitu bidang

yang sangat aktif sekarang, karena sudah dianggap sebagai hal yang besar

Page 13: Bab 4 Bayangan Update

bahwa akselerator 3D perlu dipercepat. Raytracer sungguh menyukai daerah-

daerah yang kualitas refleksinya penting. Banyak efek yang tampaknya sulit

dicapai dengan teknik lain yang sangat alami menggunakan raytracer : refleksi,

pembiasan, kedalaman bidang, tingginya tingkat kualitas bayangan. Tentunya

hal tersebut tidak selalu berarti bahwa raytracer cepat.

RADIOSITY

Radiositas adalah algoritma pencahayaan global yang digunakan dalam 3D

rendering grafis komputer. Radiositas adalah sebuah aplikasi dari metode

elemen hingga untuk memecahkan persamaan rendering untuk adegan dengan

permukaan murni menyebar. Tidak seperti algoritma Monte Carlo (seperti jalan

tracing) yang menangani semua jenis jalan cahaya, metode radiositas khas

hanya rekening untuk path yang meninggalkan sumber cahaya dan dicatat difus

beberapa nomor kali (mungkin nol) sebelum memukul mata. Jalan tersebut

direpresentasikan sebagai "LD * E". Perhitungan radiositas adalah sudut

pandang independen yang meningkatkan perhitungan yang terlibat, tetapi

membuat mereka berguna untuk semua sudut pandang.

Metode radiositas pertama kali dikembangkan pada sekitar tahun 1950 di

bidang teknik perpindahan panas. Mereka kemudian disempurnakan khusus

untuk aplikasi untuk masalah rendering grafis komputer pada tahun 1984 oleh

para peneliti di Cornell University.

Gambar 4.5 Perbedaan antara pencahayaan standart dan radiositas

Page 14: Bab 4 Bayangan Update

4.4 Contoh soal dan jawaban

Page 15: Bab 4 Bayangan Update

4.5 Rangkuman

Karakteristik flat shading diantaranya :

Pemberian tone yang sama untuk setiap poligon

Penghitungan jumlah cahaya mulai dari titik tunggal pada permukaan.

Penggunaan satu normal untuk seluruhnya.

Secara umum flat shading dapat menghasilkan bayangan yang akurat dengan

ketentuan sebagai berikut :

Objek berbentuk polihendra, yaitu jaring yang mempunyai ruang

terhingga dan tertutup.

Semua sumber cahaya jauh dari permukaan objek.

Posisi penglihatan yang cukup jauh dari permukaan.

Perbedaan antara gouraud shading dengan flat shading adalah pada gouraud

shading, intensitas tiap poligon dihitung pada titik-titik sudut yang membentuk

poligon tersebut.

Gouraud shading adalah metode rendering sederhana jika dibandingkan dengan

Phong shading.

Metode Gouraud shading digunakan dalam grafik komputer untuk

mensimulasikan efek cahaya yang berbeda dan warna di permukaan benda.

Karakteristik bayangan Gouraud shading yang dihasilkan :

Bayangan yang dihasilkan halus (tampak nyata)

Penggunaan level abu-abu yang berbeda disepanjang poligon

diinterpolasikan di antara titik.

Cara untuk menghasilkan bayangan dengan menggunakan metode Gouraud

shading adalah :

Page 16: Bab 4 Bayangan Update

Tentukan satuan vektor normal rata-rata pada setiap titik ujung poligon.

Pakaikan model iluminasi untuk setiap titik untuk menghitung

intensitas titik.

Interpolasikan secara linier intensitas titik pada permukaan poligon.

Pada phong sending perhitungan intensitas dilakukan setiap kali akan

mengarsir, maka beban komputasi dari teknik ini akan meningkat drastis

daripada teknik sebelumnya.

Namun demikian, hasil yang diperoleh akan lebih baik jika dibandingkan

dengan teknik sebelumnya, terutama dalam perhitungan pencahayaan yang

lebih rumit.

Page 17: Bab 4 Bayangan Update

4.6 Latihan