1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Bangunan sejarah mempunyai nilai penting di suatu negara karena dari bangunan

bersejarah tersebut dapat diketahui kisah yang terkait dari bangunan tersbut. Pemanfaatan

bangunan bersejarah perlu dimaksimalkan untuk menjaga dan melestarikan bangunan

tersebut agar tidak hilang ditelan waktu sehingga nantinya dapat memberikan informasi

kepada generasi muda mengenai kejadian-kejadian bersejarah yang telah terjadi. Salah

satunya Jakarta yang mempunyai Monumen Nasional (Monas) yang mempunyai arti penting

di saat kemerdekaan Republik Indonesia. Ada beberapa hal yang dilakukan sebelum

memanfaatkan kembali bangunan bersejarah tersebut, antara lain Preservasi, Rehabilitasi,

Konservasi, Replikasi, Relokasi, Rekonstruksi dan Revitalisasi. Dari tujuh kegiatan dalam

pemanfaatan bangunan bersejarah, Rekonstruksi dan Konservasi memerlukan tingkat

ketelitian dan kedetilan yang tinggi.

Rekonstruksi yaitu suatu kegiatan penyusunan kembali struktur bangunan yang

rusak/runtuh, yang pada umumnya bahan-bahan bangunan yang asli sudah banyak yang

hilang. Konservasi yaitu memelihara dan melindungi tempat-tempat yang indah dan berharga,

agar tidak hancur atau berubah sampai batas-batas yang wajar. Rekonstruksi dan konservasi

biasanya mengacu pada dokumentasi bangunan tersebut sebelum terjadi perubahan.

Pendokumentasian tersebut tidak hanya terbatas untuk mengetahui dimensi geometri

bangunan, namun juga terkait dengan seberapa besar perubahan dimensi geometri bangunan

yang terjadi dalam kurun waktu tertentu (Didik, 2011). Oleh karena itu perlu untuk dilakukan

pembuatan model 3D dengan menggunakan teknologi yang mudah dan membutuhkan waktu

cepat dalam melakukan pengukuran.

Seiring dengan perkembangan teknologi yang begitu cepat, saat ini banyak

perusahaan pembuat alat ukur yang bergerak di bidang survey untuk membuat keringkasan

dan kemudahan dalam pengumpulan dan pengambilan data pengukuran, salah satu alat yang

dibuat oleh Leica, yaitu Multistation. Multistation adalah alat ukur berupa Total Station yang

mempunyai banyak fitur dalam penggunaannya, salah satunya bisa digunakan untuk

melakukan scanning dalam melakukan pemodelan tangki, stockpile, bangunan, dll.

2

Penggunaan Multistation dapat digunakan untuk pemodelan 3D dari data scanning yang

berupa point cloud.

Metode scanning mempunyai beberapa keunggulan antara lain dalam satu kali berdiri

alat dapat merekam ribuan hingga jutaan titik sehingga mempersingkat waktu dalam

pengukuran yang kemudian data dari hasil scanning dapat di bentuk menjadi model 3D.

Pemodelan bangunan dalam bentuk 3D merupakan suatu cara yang tepat dengan

didukungnya perkembangan teknologi yang semakin canggih seperti sekarang ini karena

model yang ditampilkan adalah hasil real dari bangunan dalam bentuk 3D. Pengukuran akan

lebih aman karena tidak harus dilakukan dengan menyentuh objek yang bersangkutan, hal ini

sangat membantu dalam pengukuran Monas mengingat tingginya bangunan tersebut.

Berdasarkan dari kebutuhan serta uraian yang telah disebutkan mengenai alat

Multistation, fitur scanning Multistation dapat diaplikasikan untuk pekerjaan ini.

I.2. Lingkup Kegiatan

Ruang lingkup dari kegiatan ini yaitu :

1. Lokasi kegiatan terletak di lapangan Medan Merdeka, Jakarta Pusat dan berupa

bangunan Monumen Nasional (Monas).

2. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan alat Leica Nova MS50 Multistation

3. Pengolahan data dilakukan dengan menggunakan software Leica Infinity, dan meshlab

4. Kontrol kualitas data pada pemodelan 3D Monas dilakukan dengan cara visual bentuk

geometri dari dokumentasi foto Monas.

I.3. Tujuan

Kegiatan ini bertujuan untuk membuat model 3D Monumen Nasional (Monas),

berdasarkan data hasil pengukuran menggunakan Multistation Leica Nova MS50.

I.4. Manfaat

Manfaat dari proyek ini adalah untuk membuat model 3D suatu bangunan bersejarah

yang nantinya akan memudahkan dalam proses rekonstruksi suatu bangunan bersejarah.

I.5. Landasan Teori

I.5.1. Multistation

Multistation merupakan salah satu alat dibidang survey yang diproduksi berdasarkan

perkembangan teknologi terbaru yaitu, total station dengan menambahkan fitur laser scanner

3

didalam pengoperasian alat. Sehingga bisa dilakukan pengukuran dengan menggunakan

beberapa metode baik menggunakan total station ataupun menggunakan scanner, tergantung

dari kebutuhan dalam melakukan pengukuran. Banyaknya titik objek yang dapat direkam

(scanning) pada satu kali berdiri alat mencapai ribuan, bahkan jutaan titik, sehingga data hasil

perekam dikenal dengan nama Point Cloud (titik awan). Prinsip menggunakan scanner pada

Multistation sama seperti prinsip laser scanner yaitu, apa yang dilihat maka itu yang

ditangkap. Banyaknya titik yang direkam dapat diatur dengan mengatur jarak spasi titik objek

yang akan di rekam. Kecanggihan teknologi dalam Multistation juga sudah dilengkapi

dengan kemampuan robotik pada alat dan laser yang sudah diterapkan pada alat, sehingga

dalam penggunaanya bisa dilakukan pengukuran tanpa prisma atau reflectorless dan bisa

dilakukan pengukuran ke prisma tanpa mengarahkan teropong alat ke prisma karena bisa

dilakukan secara robotik.

Secara umum spesifikasi Multistation ialah jarak pengukuran menggunakan prisma

1,5 m > 10000 m, jarak pengukuran tanpa menggunakan prisma 1,5 m – 2000 m, akurasi

pengukuran menggunakan prisma 1 mm + 1,5 ppm x D, akurasi pengukuran tanpa

menggunakan prisma 2 mm + 2 ppm x D, kecepatan scanning 1000 titik pada jarak 300 m,

jarak datar maksimum scanning sampai 1000 m, presisi scanning < 1 mm @ 50 m.

Spesifikasi alat lebih rincinya dilampirkan pada lampiran A.

Multistation bisa digunakan untuk melakukan monitoring jembatan, kilang minyak

atau pun untuk tambang. Dan bisa juga di gunakan untuk menghitung volume cut and fill,

sangat jarang untuk dilakukan pemodelan suatu bangunan bersejarah karena memang fiturnya

merupakan total station bukan laser scanner (anonim 2013). Pada alat Multistation bisa juga

dijadikan smartstation yaitu, menambahkan base GPS yang dipasang pada headstation,

namun masih jarang digunakan di Indonesia karena tergantung dari pada kebutuhan

penggunaan. Beberapa penjelasan mengenai tampilan dari Multistation seperti pada gambar

1.1

4

Gambar I.1 Leica nova ms50 (multistation) (Anonim, 2013)

Keterangan gambar :

1. Handgrip

2. Collimator. Digunakan sebagai pendekatan dalam membidik target

3. Lensa obyektif

4. Sekrup penggerak halus vertikal

5. Keyboard

6. Layar

7. Tribach levelling screw

8. Sekrup penggerak halus horisontal

9. Sekrup fokus

1.5.1.1. Pengukuran menggunakan Multistation. Multistation merupakan revolusi dari

penggunaan alat ukur di dalam dunia survey pemetaan. Pada dasarnya Multistation

merupakan alat ukur total station dari konsep pengukurannya, namun pada alat ini telah

dilengakapi dengan fitur yang lebih canggih. Alat ini telah dilengkapi dengan sistem robotik

dan bisa juga digunakan tanpa menggunakan prisma ataupun menggunakan prisma,

Multistation juga telah dilengkapi sengan sistem scanning sehingga memudahkan dalam

penggunaan alat saat melakukan pengukuran.

Konsep dasar pengukuran menggunakan Multistation sama seperti konsep dasar

pengukuran menggunakan total station, yaitu harus menentukan backsight dan foresight

2

3

8 5

1

6

4

7

9

5

sebelum melakukan pengukuran, yang membedakan hanya fitur yang tersedia pada alat

Multistation tersebut. Fitur yang tersedia pada alat Multistation yaitu, penggunaan pada

totalstation bisa menggunakan reflektor ataupun reflektorless tergantung dari kebutuhan di

dalam pengambilan data (Anonim, 2013).

Terdapat tiga komponen dalam alat multistation, yaitu alat pengukur sudut, alat

pengukur jarak, scanning. Parameter yang dapat diukur menggunakan alat ini adalah sudut

horizontal, sudut vertikal, jarak miring. Koordinat titik didapatkan dengan menggunakan

sudut dan jarak hasil ukuran. Data mentah yang diperoleh dari pengukuran dengan

Multistation adalah sudut dan jarak. Gambar I.2 menunjukkan prinsip penentuan koordinat

plenimetris dengan menggunakan Multistation.

U

α d12 2 (X2,Y2)

1 (X1,Y1)

Gambar I.2 Penentuan koordinat planimetris

Keterangan gambar :

X1,Y1 : Koordinat titik 1 yang telah diketahui posisi Multistation

α12 : Azimuth 1-2

d12 : Jarak 1-2

X2,Y2 : Koordinat titik 2 yang akan dicari

Dari gambar diatas, diperoleh persamaan untuk mencari X2,Y2 seperti yang

ditunjukkan dalam persamaan I.1 dan I.2 sebagai berikut:

X2 = d12 Cos (α12) + X1 ......................................................... (I.1)

Y2 = d12 Sin (α12) + Y1 ......................................................... (I.2)

6

Prinsip penentuan tinggi dalam pengukuran Multistation sama seperti dengan total

station, yaitu menggunakan metode trigonometris (Anonim, 2013). Prinsip penentuan tinggi

menggunakan total station adalah dengan mengukur sudut miring atau sudut vertikalnya

dengan jarak yang diketahui seperti pada gambar I.3 (Basuki, 2006).

S V tr

h

B

∆hAB

Ta

A D

Gambar I.3. Penentuan tinggi (Basuki, 2006)

Dari Persamaan I.1, I.2, dan I.3 sebagai berikut :

∆hAB = ta + V – tr ........................................................................ (I.3)

V = S sin h – D tan h ........................................................................ (I.4)

HB = HA + ∆hAB – HA + ta + V – tr ................................................ (I.5)

Keseluruhan persamaan di atas tidak artinya ketika alat Multistation tidak di setting

dengan benar atau dalam hal ini mengalami kesalahan pada proses orientasi. Orientasi

bertujuan sebagai referensi dalam penentuan koordinat detil selanjutnya.

1.5.1.2. Sistem Perekaman data. Prinsip dasar perekaman data scanning pada Multistation

adalah sama seperti perekaman data menggunakan laser scanner, yaitu pulsa ditransmisikan

ke objek yang kemudian dikembalikan ke sistem penerima yang memancarkan gelombang

sinar laser hingga mengenai objek yang akan diukur kemudian objek tersebut memantulkan

kembali gelombang sinar tersebut ke sistem penerima (Kholiq, 2006).

Selama proses pancaran gelombang akan diperoleh perbedaan lama waktu saat

gelombang laser dipancarkan ke objek dan waktu saat gelombang dipantulkan kembali ke

7

alat. Perbedaan waktu tersebut yang akan digunakan dalam menentukan jarak ukuran dari

Multistation ke objek (Lichti, 2000).

Adapun prinsip perekaman data jarak dan arah jalannya sinar laser dapat dijelaskan

pada gambar I.4 berikut :

Gambar I.4. Perekaman data jarak ( Lichti, 2000 )

Persamaan untuk menentukan jarak ukuran dari scan head / telescope camera ke

objek pada Multistation sebagai berikut :

Distance ( R ) = ( C x △T )/2 …...…………........................……………………(1.6)

Dimana :

R : jarak scanner dari titik objek

C : kecepatan gelombang sinar laser ( 3 x 108

m/s)

△T : jumlah waktu pergi dan pulang

Data yang direkam berupa data sudut horizontal (α), sudut vertikal (β), dan jarak

antara pusat koordinat scanner dengan obyek yang direkam (R) seperti pada persamaan 1.4.

dan Seperti dapat dilihat pada Gambar 1.5 prinsip perekaman data scanner untuk bidang X

dan Y dijadikan sebagai reference plane dalam koordinat scan. Laser bergerak dari atas ke

bawah dan ke samping kanan sesuai dengan arah perputaran jarum jam (Wicaksono, 2005).

Hasil pengukuran koordinat 3D obyek yang direkam dapat ditentukan dengan

persamaan berikut :

X= R . cos β.Sin α....……………………..........................……………….….……(1.7)

Y= R . cos β. cos α …….………..………………………….…......................…....(1.8)

8

Z= R . sin β…………….…………….………………….….…..............................(1.9)

R : jarak dari scanner ke titik objek

α : sudut horizontal titik objek

β : sudut vertikal objek

X,Y,Z : koordinat titik point cloud

Gambar I.5. Prinsip perekaman data dengan scanner (Soeta’at, 2005)

1.5.1.3. Sistem registrasi data. Registrasi dari tiap scanworld pada Multistation ialah auto

register yaitu registrasi berdasarkan dari titik stasiun berdiri alat yang mengacu pada

backsight. Koreksi geometric dan atmospheric pada point clud dapat diganti selama

pengukuran dari prosedur scanning. Hasil dari pengukuran dapat langsung ditampilkan pada

layar alat Multistation sehingga dapat diketahui point cloud dari bentuk obyek yang telah

diukur dan memudahkan pengukuran ulang apabila terjadi kesalahan pada hasil scanning.

Kesalahan hasil scanning yang terjadi pada Multistation adalah tidak teregestrasinya dari tiap

scanworld karena tidak tepatnya pengukuran backsight saat melakukan scanning (Anonim,

2013).

I.5.2. Scanner

Scanner adalah suatu sistem yang memanfaatkan aplikasi sinar laser di mana

digunakan untuk penyiaman suatu kenampakan objek dengan memanfaatkan sensor aktif.

Sensor aktif ini memberikan suatu keuntungan yaitu tidak adanya ketergantungan terhadap

kondisi pencahayaan yang mungkin berbeda secara signifikan misal daerah bervegetasi. Hasil

dari peyiaman ini akan memperoleh kumpulan titik-titik 3D (X, Y dan Z) atau point cloud

dari objek tersebut secara cepat dan akurat dalam jumlah titik penyiaman ( point cloud ) yang

banyak dan real time (Reddington, 2005).

Titik objek

Proyeksi objek

bidang XY

Pusat origin O Y+

X+

α

β

R

Z+

9

1.5.3. Pemodelan 3D

Model tiga dimensi adalah sekumpulan titik-titik tiga dimensi, garis-garis, kurva, dan

surface yang dapat digunakan untuk menyajikan kembali obyek atau scene. Sebuah model

tiga dimensi akan dapat dibuat dari registrasi beberapa scan world yang bertampalan yaitu

sekumpulan tiga dimensi (x,y,z) yang dapat merepresentasikan suatu obyek.

Hasil dari proses regitrasi adalah pemodelan tiga dimensi dalam bentuk point cloud.

Namun pembentukan model tiga dimensi dari tiap metode registrasi tidak akan sama. Hal itu

dipengaruhi titik konstrain (garis-garis seasal) yang digunakan untuk penggabungan frame

(scan world) sehingga menjadi pemodelan tiga dimensi.

Ada beberapa metode yang digunakan untuk pemodelan 3D. Ada jenis metode

pemodelan obyek yang disesuaikan dengan kebutuhannya seperti dengan nurbs dan poligon

ataupun subdivision.

1.5.3.1. Modelling Polygon. Merupakan bentuk segitiga dan segiempat yang menentukan area

dari permukaan sebuah karakter. Setiap poligon menentukan sebuah bidang datar dengan

meletakkan sebuah jajaran poligon sehingga kita bisa menciptakan bentuk-bentuk

permukaan. Untuk mendapatkan permukaan yang halus, dibutuhkan banyak bidang poligon.

Bila hanya menggunakan sedikit poligon, maka obyek yang didapat akan terbagi sejumlah

pecahan poligon. Ilustrasi pembentukan model menggunakan metode polygon seperti pada

gambar I.6 berikut.

Gambar I.6. Ilustrasi modelling metode polygon (Amy, 2013)

1.5.3.2. Modelling NURBS (Non-Uniform Rational Bezier Spline). Merupakan metode paling

populer untuk membangun sebuah model organik. Kurva pada nurbs dapat dibentuk dengan

10

hanya tiga titik saja. Dibandingkan dengan kurva poligon yang membutuhkan banyak titik

(vertex) metode ini lebih memudahkan untuk dikontrol. Satu titik CV (Control vertex) dapat

mengendalikan satu area untuk proses tekstur (Purnawan, 2013). Sebuah permukaan NURBS

dibuat dengan menyebarkan permukaan tiga dimensi di seluruh mesh kurva NURBS. Kurva

sendiri melibatkan perhitungan matematika yang kompleks. Sebagai modeler, sangat

diperlukan memahami beberapa konsep ketika bekerja dengan NURBS, tetapi perangkat

lunak menangani sebagian besar proses matematika dengan canggih sehingga Anda dapat

berkonsentrasi pada proses modeling. Pada awal sejarah komputer grafis 3D, NURBS

digunakan untuk membuat permukaan organik bahkan karakter (Amy, 2013). Ilustrasi dari

pemodelan menggunakan metode NURBS seperti pada gambar I.7 berikut.

Gambar I.7. Ilustrasi modelling NURBS (Amy, 2013)

1.5.3.3. Subdivision Surface. Pemodelan dengan menggunakan Subdivisional hampir serupa

dengan pemodelan polygon karena dibuat dari kumpulan titik – titik, , edge, dan polygon

(Amy, 2013). Namun, juga memiliki kelebihan dari pemodelan permukaan NURBS.

Sehingga termasuk dalam kategori tersendiri. Ilustrasi modelling subdivision surface seperti

pada gambar I.8 berikut.

11

Gambar I.8. Ilustrasi modelling subdivision surface (Amy, 2013)

Tahap di atas merupakan urutan yang standar dalam membentuk sebuah obyek untuk

pemodelan, dalam hal ini texturing sebenarnya bisa dikerjakan overlap dengan modelling,

tergantung dari tingkat kebutuhan. Rendering adalah proses akhir dari keseluruhan proses

pemodelan ataupun animasi komputer. Dalam rendering, semua data-data yang sudah

dimasukkan dalam proses modelling, animasi, texturing, pencahayaan dengan parameter

tertentu akan diterjemahkan dalam sebuah bentuk output. Proses texturing ini untuk

menentukan karakterisik sebuah materi obyek dari segi tekstur. Untuk materi sebuah obyek

bisa digunakan aplikasi properti tertentu seperti reflectivity, transparency, dan refraction.

Texture kemudian bisa digunakan untuk membuat berbagai variasi warna pattern, tingkat

kehalusan/kekasaran sebuah lapisan obyek secara lebih detail.

I.5.4. Resampling point

Resampling point adalah suatu proses untuk merenggangkan kerapatan point, yaitu

membuat point rapat menjadi point agak renggang. Bidang tinggi setiap point dilakukan

sampling secara seragam untuk memfasilitasi pengolahan data titik 3D. Secara khusus, grid

yang seragam ditarik di atas bidang dasar dan kemudian nilai tinggi yang baru dievaluasi

pada setiap titik grid. Gambar. I.6 (a) menunjukkan jumlah point cloud yang akan dilakukan

resampling dan (b) menggambarkan setelah proses resampling. Struktur teratur grid yang

seragam akan memfasilitasi proses spektral bidang tinggi. Antara jumlah data dan akurasi

geometri dapat di kontrol dengan mengubah resolusi sampling (Sim dan Lee, 2005).

(a) (b)

Gambar I.9. Proses sebelum dan sesudah resampling (Sim dan Lee, 2005)

12

I.5.5. Leica Infinity

Merupakan software yang diproduksi oleh Leica Geosystems untuk memenuhi

kebutuhan dalam dunia pemetaan dan bisa digunakan untuk mengimport data hasil ukuran

dari Leica Nova Ms50 dan di export menjadi .pts. Yang nantinya akan dilakukan modelling

untuk pekerjaan selanjutnya, ataupun hanya untuk melakukan modelling point cloud bisa

dilakukan dengan menggunakan Leica Infinity.

1.5.6. Meshlab Software

Meshlab merupakan software opensource yang bisa digunakan oleh semua kalangan

masyarakat tanpa membeli sofware tersebut. Meshlab merupakan software yang digunakan

untuk proses modelling 3D dan editing unstructured 3D triangular, yaitu dimana hasil dari

scanning bisa dibuat menjadi model 3D dengan menggabungkan titik-titik dari pointcloud

menjadi jaring-jaring segitiga dan kemudian dari hasil jaring-jaring segitiga tersebut menjadi

sebuah bentuk obyek (Anonim, 2006).

Di dalam penggunaan software meshlab ada beberapa istilah yang harus diketahui dan di

pahami terlbih dahulu, diantaranya adalah :

1. Vertex

Vertex, adalah komponen dasar pembentuk objek, berupa titik sudut dalam ruang 3D.

Sebuah vertex adalah sebuah titik koordinat dari sebuah polygon. Dalam

memodifikasi sebuah objek dapat juga dilakukan dengan cara memodifikasi posisi

vertex.

2. Edge

Edge, adalah garis yang menghubungkan vertex yang satu dengan yang lain.

Rangkaian garis-garis penghubung edge ini membentuk sebuah polygon tertutup.

Sama seperti vertex, dapat juga dilakukan dengan memodifikasi garis edge guna

membentuk objek.

3. Face

Face, adalah elemen-elemen yang lebih kecil berbentuk bidang segitiga. Gabungan

face face inilah yang membentuk sebuah polygon. Sebuah face sendiri terdiri dari

vertex dan edge.

4. Mesh

13

Mesh, adalah kumpulan dari jumlah vertex yang mempunyai koordinat 3D dan akan

terhubung menjadi sebuah bentuk obyek dari vertex.

5. Compute normal of point set

Compute normal of point set, adalah suatu kegiatan pemodelan yang bertujuan untuk

menghitung titik mesh tanpa melakukan eksploitasi dan menghubungkan jaringan

segitiga dari point yang digunakan untuk dataset.

6. Surface reconstruction poisson

Surface reconstruction poisson, adalah suatu proses rekonstruksi ke bentuk

permukaan 3D dari himpunan titik-titik sampel yang akan dikoreksi menuju

permukaan yang lebih halus karena ada data yang terdapat noise. Dan semua titik-titik

akan direkonstruksi dalam sekali proses, tanpa harus mengurutkan secara parsial.

1.5.7. Kontrol kualitas data

Kontrol kualitas adalah aktivitas pengendalian proses untuk mengukur ciri-ciri kualitas

produk, membandingkannya dengan spesifikasi atau persyaratan, dan mengambil tindakan

yang sesuai apabila ada perbedaan antara penampilan yang sebenarnya dan standarnya

(Purnomo, 2004). Aktivitas pengendalian kualitas pada umumnya meliputi kegiatan-kegiatan

seperti berikut ini (Purnomo, 2004):

1. Pengamatan terhadap performansi bentuk.

Yaitu membandingkan dua buah obyek atau bentuk untuk mengetahui kelemahan dan

kelebihan dari masing-masing obyek atau bentuk tersebut

2. Membandingkan performansi yang ditampilkan dengan standar yang berlaku.

Yaitu membandingkan dengan memberikan standar atau dasar terhadap salah satu

bentuk atau obyek yang sudah dipatenkan dan dijadikan sebagai pembanding dengan

bentuk lainnya.

Kontrol kualitas juga dengan dilakukannya pengukuran hasil pemodelan dan akan

dibandingkan dengan data sebenarnya mengacu ukuran Monas pada publikasi Supriyadi.

(2004) karena publikasi tersebut memberikan informasi dari ukuran Monas yang sudah

dipublikasikan secara umum berdasarkan data ukuran monas sebenarnya yang menyatakan

bahwa “terdapat beberapa bagian Monas yang mempunyai ukuran diantaranya adalah bagian

pelataran bawah Monas mempunyai luas ukuran 45m x 45m dengan tinggi 17m dan tinggi

14

museum sebesar 8m. Bagian tiang Monas mempunyai ukuran 115m, sedangkan luas dari

pelataran tugu Monas mempunyai ukuran sebesar 11m x 11m. Tinggi Monas secara

kesuluruhan sebesar 132m”.