View
206
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
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
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
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.
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,
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.
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.
- 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
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,
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.
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
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
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
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
4.4 Contoh soal dan jawaban
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 :
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.
4.6 Latihan
Recommended