Komputer Grafis

Komputer Grafis/Grafika komputer, salah satu cabang disiplin ilmu informatika yang mempelajari pembuatan gambar dengan menggunakan komputer. Perbedaan antara grafik komputer dengan pengolahan citra adalah dalam pengolahan citra, gambar input kedalam proses pengolahan citra sudah tersedia, sedangkan pada grafik komputer dilakukan proses untuk menciptakan gambar dari awal. Berikut adalah ruang lingkup grafika computer :

Ø  Realism pada computer grafik

Ø  Pencahayaan

Ø  Teori warna

Ø  Ray tracing

Ø  Radiosity

Ø  Spline

Ø  Patch spline dan rendering

Ø  Penentuan permukaan tampak

Ø  Geometri padat konstruktif

Ø  Animasi

Ø  Virtual reality

                  Beberapa Istilah dalam Grafika Komputer :

a.      Trade off

Trade off adalah sebuah situasi yang melibatkan kehilangan kualitas atau aspek dari sesuatu sebagai imbalan untuk memperoleh kualitas atau aspek lain. Ini menyiratkan keputusan yang harus dibuat dengan pemahaman penuh terbalik baik dan buruk dari pilihan tertentu.

b.      Flat shading

Metode yang mudah dan cepat untuk membuat bayangan dengan permukaan poligon. Pada metode ini sebuah intensitas tunggal dihitung untuk masing-masing poligon, semua titik pada permukaan polygon dipaparkan dengan nilai intensitas yang sama.

Karakteristik flat shading diantaranya

1. Pemberian tone yang sama untuk setiap poligon
2. Penghitungan jumlah cahaya mulai dari titik tunggal pada permukaan.
3. Penggunaan satu normal untuk seluruhnya.

Secara umum flat shading dapat menghasilkan bayangan yang akurat dengan ketentuan sebagi berikut :

1. Objek berbentuk polihendra, yaitu jaring yang mempunyai ruang terhingga dan tertutup.
2. Semua sumber cahaya jauh dari permukaan objek.
3. Posisi penglihatan yang cukup jauh dari permukaan.

c.       Directional light

Dirctional Light atau pencahayaan langsung, Pada sistem ini 90-100% cahaya diarahkan secara langsung ke benda yang perlu diterangi. Sistm ini dinilai paling efektif dalam mengatur pencahayaan, tetapi ada kelemahannya karena dapat menimbulkan bahaya serta kesilauan yang mengganggu, baik karena penyinaran langsung maupun karena pantulan cahaya. Untuk efek yang optimal, disarankan langi-langit, dinding serta benda yang ada didalam ruangan perlu diberi warna cerah agar tampak menyegarkan

d.      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), yang digunakan untuk menganalisis sistem optik. Metode untuk menghitung jalan gelombang atau partikel melalui suatu sistem dengan berbagai propagasi daerah kecepatan, penyerapan karakteristik, dan mencerminkan permukaan. 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. Terdapat 2 metode pada Ray Tracing yaitu:

1. Forward Ray Tracing

2. Backward Ray Tracing

Dalam dunia grafika kompuetr juga dikenal istilah grafik vektor dan grafik bitmap, ada beberapa perbedaan antara kedua grafik tersebut.Grafis bitmap dibentuk dengan raster/pixel/dot/titik/point koordinat. Semakin banyak jumlah titik yang membentuk suatu grafis bitmap berarti semakin tinggi tingkat kerapatannya. Hal ini menyebabkan semakin halus citra grafis, tetapi kapasitas filenya semakin besar.

Ketajaman warna dan detail gambar pada tampilan bitmap bergantung pada banyaknya pixel warna atau resolusi yang membentuk gambar tersebut. Hal ini berkaitan erat dengan kemampuan monitor dan VGA ( Video Graphic Adapter ) yang digunakan. Jika gambar tampilan bitmap berresolusi tinggi di tampilkan pada monitor yang berresolusi rendah akan mengakibatkan gambar terlihat kasar , bahkan terlihat kabur berbentuk kotak-kotak ( juggy ) jika dilakukan pembesaran gambar. Satuan untuk ukuran grafis jenis bitmap ini adalah dpi ( dot per inch ) yang berarti banyaknya titik dalam satu inci. Untuk lebih memahami grafis jenis bitmap .

Beberapa grafis bitmap dapat Anda temui di file komputer, yakni file komputer yang berekstensi : .bmp, .jpg, .tif, .gif, dan .pcx. Grafis ini biasa digunakan untuk kepentingan foto-foto digital.

Vektor yang merupakan perkembangan dari sistem grafis bitmap (digital). Grafis ini tidak tergantung pada banyaknya pixel penyusunnya dan kondisi monitor karena tampilan vektor tersusun atas garis-garis. Tampilan akan terlihat jelas meskipun dilakukan pembesaran (zooming). Penggunaan titik-titik koordinat dan rumus-rumus tertentu dapat menciptakan bermacam-macam bentuk grafis, seperti lingkaran, segitiga, bujur sangkar dan poligon. Dengan demikian , pemakaian grafis vektor akan lebih irit dari segi volume file, tetapi dari segi pemakaian prosessor akan memakan banyak memori. Program aplikasi grafis yang berbasis vektor antara lain : CorelDraw , Macromedia Free hand, Adobe Illustrator dan Micrografx Designer.

Koordinat system

a.       Koordinat Nyata (World Coordinate)

Koordinat yang pada saat itu objek yang bersangkutan berada.

-  Koordinat sebuah kursi

      Tergantung dari letak kursi itu ada di manA & bagaimana letaknya?

-  Dinyatakan juga sebagai koordinat 3D

b.      Koordinat Sistem

            Digunakan di bidang geometri

-  Sesuatu yang abstrak dan biasanya digunakan untuk perhitungan data yang hasilnya perlu ditampilkan kembali pada layar atau di atas kertas

Dikaitkan dengan dimensi, di mana:

-                0D, dimensi ke 0 => titik

-                1D, dimensi ke 1 => garis

-                2D, dimensi ke 2 => bidang

-                3D, dimensi ke 3 => ruang

c.       Koordinat Layar (Screen Coordinate)

      Koordinat yang digunakan untuk mengatur penampilan suatu objek pada layar

-          Umumnya layar 2D

-          Layar 3D dalam pengembangan =>  Hologram

-          Penempatan sumbu (0,0) => kiri atas/kiri bawah

       

                 OpenGL dan DirectX

OpenGL adalah suatu graphic library yang sebagian bersifat open source, dipakai pada banyak platform (windows, linux) dan dapat digunakan pada berbagai jenis compiler seperti C++ atau Delphi.

DirectX adalah API yang dibuat oleh perusahaan Microsoft, API ini dikhususkan untuk pengembangan game. Tujuan dengan dibuatnya DirectX memberikan akses pada developer untuk berkomunikasi langsung dengan hardware, dimana tanpa DirectX API, developer (programmer) harus menggunakan API dari operating system (Windows) untuk berkomunikasi dengan hardware dan cara ini sangat lambat karena API pada operating system dibuat untuk tujuan umum (bukan hanya game saja) sehingga tidak teroptimisasi. Dengan adanya DirectX maka developer dapat langsung berkomunikasi dengan hardware tanpa harus melewati operating system.

*Diambil dari berbagai sumber.  

TRANSDUSER dan SENSOR

A.    Transduser
Transduser berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti mengubah. Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari transduser disebut sensor, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain.Kita mengenal ada enam macam energi, yaitu : radiasi, mekanik, panas, listrik, dan kimia.
 

Dari sisi pola aktivasinya, transduser dapat dibagi menjadi dua, yaitu:
A.    Transduser pasif, yaitu transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar.
Contohnya :
Thermistor. Untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik yaitu tegangan listrik, maka thermistor harus dialiri arus listrik. Ketika hambatan thermistor berubah karena pengaruh panas, maka tegangan listrik dari thermistor juga berubah
2. Transduser aktif, yaitu transduser yang bekerja tanpa tambahan energy dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.
Contohnya :
Termokopel. Ketika menerima panas, termokopel langsung meng-hasilkan tegangan listrik tanpa membutuhkan energi dari luar.

Pemilihan Transduser
Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini:
1)    Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi terhadap beban lebih
2)    Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan-keluaran yang linier
3)    Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan
4)    Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama
5)    Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam kondisi lingkungan yang sama
6)    Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan.

B.    Sensor
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.
Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

Macam – macam sensor

1. Sensor Cahaya
a) Fotovoltaic atau sel solar
Adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh. Sel fotovoltaic adalah jenis tranduser sinar/cahaya

 
Gambar. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan

b) Fotokonduktif
Energi yang jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan tahanan sel. Apabila permukaan alat ini gelap maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dengan terang tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.

Gambar .(a) Sel Fotokonduktif 

               (b) Cahaya pada sel fotokonduktif mengubah harga resistansi

2.    Sensor Suhu
Ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan :
a) Thermocouple
Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda disambung las dilebur bersama satu sisi membentuk “hot” atau sambungan pengukuran yang ada ujung-ujung bebasnya untuk hubungan dengan sambungan referensi. Perbedaan suhu antara sambungan pengukuran dengan sambungan referensi harus muncul untuk alat ini sehingga berfungsi sebagai thermocouple.

b) Detektor Suhu Tahanan
Konsep utama dari yang mendasari pengukuran suhu dengan detektor suhu tahanan (resistant temperature detector = RTD) adalah tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dan dapat diulang lagi sehingga memungkinkan pengukuran suhu yang konsisten melalui pendeteksian tahanan. Bahan yang sering digunakan RTD adalah platina karena kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas.

c) Thermistor
Adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif. Karena suhu meningkat, tahanan menurun dan sebaliknya. Thermistor sangat peka (perubahan tahanan sebesar 5 % per °C) oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan kecil di dalam suhu.


d) Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)
Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi output tegangan dan arus. Meskipun terbatas dalam rentang suhu (dibawah 200 °C), tetapi menghasilkan output yang sangat linear di atas rentang kerja.

 
Gambar. Sensor suhu IC



3. Sensor Tekanan
Prinsip kerja dari sensor tekanan ini adalah mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Ukuran ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya

 
Gambar. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat

 
Gambar. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan

Daftar Istilah :
1. Transduser
Suatu peranti yang dapat mengubah suatu energy keenergi yang lain.
2. Transduser pasif
Tranduser yang dapat bekerja bila mendapat energy tambahan dari luar.
3. Transduser aktif
Transduser yang bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.
4. Sensor
Jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.
5. Thermocouple
Piranti yang dipergunakan untuk mengukur suhu yang menggunakan dua plat yang terhubung.
6. RTD
Resistant Temperature Detector