buku grafkom PDF

Preview

Summary

KATA PENGANTAR Segala puji syukur kami ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana telah melimpahkan taufik serta hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan buku Grafika Komputer Tingkat Pendidikan Perkuliahan untuk Mahasiswa Program Studi Pendidikan Teknik Informatika. Buku ini telah disus...

Description

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur kami ucapkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa dimana telah melimpahkan taufik serta hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan

buku

Grafika Komputer Tingkat Pendidikan Perkuliahan untuk Mahasiswa Program Studi Pendidikan Teknik Informatika. Buku ini telah disusun untuk memberi kemudahan bagi mahasiswa dalam mengenal dan memahami tentang konsep OpenGL dan GLUT yang meliputi Pengantar Grafika Komputer, OpenGL dan GLUT, Primitive Objek, Transformasi Objek, Animasi, Interaksi Keyboard dan Mouse, Bangun 3 Dimensi, Lighting, dan Texture.

Materi pada buku setiap

tema bahasan dapat dikembangkan mahasiswa melalui keterampilan

dan

kreativitas

menggunakan

OpenGL

sehingga

dalam

pemrograman

dapat

mendukung

pengembangan dari kompetensi dasar itu sendiri. Penulisan buku ini diharapkan mahasiswa mampu mengembangkan kreativitasnya, baik secara mandiri maupun kelompok melalui pemahaman mengenai konsep serta materi yang ada pada setiap sub bahasan. Pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberi bantuan sehingga buku ini dapat terselesaikan. Buku ini jauh Page i

dari sempurna, maka penulis sangat mengharapkan kritik dan saran dalam rangka penyempurnaan penyusunan buku ini di kemudian hari. Sehingga dapat memberi manfaat bagi mahasiswa Universitas Negeri Malang pada semua bidang keahlian khususnya bidang Teknik Informatika .

Penulis,

Page ii

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ..................................................................... i DAFTAR ISI ............................................................................... iii BAB 1 ........................................................................................ 1 PENGANTAR GRAFIKA KOMPUTER........................................... 1 A.

Pengertian Grafika Komputer……………………………………1

B.

Sejarah Grafika Komputer…………………………………………2

C.

Peranan dan Penggunaan Grafika Komputer…………….3

E.

Teknologi Display Komputer Grafik………………………….15

BAB 2 ..................................................................................... .21 OPENGL dan GLUT .................................................................. 21 A.

SEJARAH OPENGL…………………………………………………….21

B.

PENGENALAN OPENGL…………………………………………….22

C.

EVOLUSI OPENGL…………………………………………………….24

D.

GLUT (GL Utility Toolkit)………………………………………….25

E.

CARA KERJA OPENGL……………………………………………….26

F.

SET UP PROJECT BARU…………………………………………….30

BAB 3 ...................................................................................... 34 P R I M I T I F O B J E K........................................................... 34 A.

Definisi Primitif Objek……………………………………………..34

B.

Algoritma Pembentukan Objek……………………………….40

C.

Contoh Program Primitif Objek………………………………46

D.

Latihan……………………………………………………………………48 Page iii

BAB 4 ...................................................................................... 50 Transformasi Objek ................................................................ 50 A.

Translasi………………………………………………………………….53

B.

Rotate……………………………………………………………………..56

C.

Scale………………………………………………………………………..66

D.

Tutorial Urutan Transformasi………………………………….69

E.

Implementasi Transformasi Objek…………………………..76

BAB 5 ...................................................................................... 85 ANIMASI ................................................................................. 85 A.

ANIMASI, SEJARAH DAN PERKEMBANGANNYA……….85

B.

JENIS-JENIS ANIMASI………………………………………………96

C.

Konsep Animasi pada GLUT…………………………………..106

BAB 6 .................................................................................... 116 INTERAKSI KEYBOARD .......................................................... 116 A.

STRUKTUR TOMBOL PADA KEYBOARD…………………..117

B.

PEMETAAN (MAPPING)……………………………………….. 118

C.

JENIS-JENIS KEYBOARD………………………………………….119

D.

FUNGSI TOMBOL KEYBOARD KOMPUTER………………125

E.

KONSEP INPUTKEYBOARD PADA GLUT-KEY BIASA DAN SPECIAL KEY………………………………………………………….126

BAB 7 ................................................................................... 136 INTERAKSI OBJEK 2D (MOUSE FUNCTION) ........................... 136 A.

SEJARAH MOUSE dan JENIS MOUSE………………………136

B.

FUNGSI MOUSE……………………………………………………..148 Page iv

C.

KONSEP MOUSE PADA GLUT………………………………..149

D.

CONTOH PROGAM PENERAPAN MOUSE PADA GLUT…………………………………………………………………….152

BAB 8 .................................................................................... 162 OBJEK 3D .............................................................................. 162 A.

Pengertian Objek 3 Dimensi………………………………….162

B.

Objek 3 Dimensi……………………………………………………163

C.

Alur Proses Rendering Grafis 3D……………………………166

D.

Sistem koordinat 3D……………………………………………..168

E.

Primitive 3D………………………………………………………….169

F.

Transformasi Objek 3 Dimensi………………………………172

G.

Contoh Program dalam Open GL…………………………..177

H.

Contoh Implementasi Objek 3 Dimensi dalam Open GL…………………………………………………………………………208

BAB 9 .................................................................................... 214 LIGHTING .............................................................................. 214 A.

Pendahuluan…………………………………………………………214

B.

Pencahayaan pada OpenGL dan Dunia Nyata………..216

C.

Cahaya Ambient, Diffuse, dan Specular…………………219

D.

Implementasi Pencahayaan (lighting) pada OpenGL………………………………………………………………..224

E.

Contoh Program……………………………………………………226

BAB 10 .................................................................................. 260 TEXTURE ............................................................................... 260 Page v

A.

Pendahuluan…………………………………………………………260

B.

Konsep Texture Mapping………………………………………262

C.

Teknik-teknik Realisme dalam Kompuer Grafik……..263

D.

Teknik-teknik dalam Geometri………………………………267

E.

Mip maps………………………………………………………………270

F.

Texture maping……………………………………………………..273

G.

Object Texture………………………………………………………274

H.

Contoh penerapan material dan tekstur……………….275

DAFTAR PUSTAKA ................................................................. 336 KONTRIBUTO‘…………………………………………………………………. 7

Page vi

BAB 1 PENGANTAR GRAFIKA KOMPUTER A. Pengertian Grafika Komputer Menurut Suyoto (2003), grafika komputer (Computer Graphic) dapat diartikan sebagai seperangkat alat yang terdiri dari hardware dan software untuk membuat gambar, grafik atau citra realistik untuk seni, game komputer, foto dan film animasi. Sistem grafika komputer dapat dijalankan dengan komputer pribadi (Personal Computer) atau workstation. Grafika

komputer

semakin

lama

semakin

pesat

perkembangannya sehingga definisi dari grafika komputer dapat diartikan sebagai suatu studi tantang bagaimana menggambar

(membuta

grafik)

dengan

menggunakan

komputer dan manipulasinya (merubah sedikit/transformasi/ animasi). Pengertian grafik berbeda dengan image/citra, image adalah gambar yang diperoleh dengan alat pengambil gambar, sperti kamera, scanner, dll. Sedangkan grafik adalah gambar yang dibuat dengan cara tertentu, yaitu cara yang ada di

grafik

komputer.

Grafik

picture/gambar.

Page 1

dan

image

termasuk

B. Sejarah Grafika Komputer Sejarah grafika komputer telah dimulai sejak jaman dahulu kala yaitu ketika bangsa Mesir, Roma dan Yunani berkomunikasi secara grafik. Beberapa lukisan terdapat pada batu nisan orang Mesir dapat dikatakan sebagai lukisan teknik. Perkembangan grafika komputer secara sederhana dapat dibagi menjadi empat fase, yaitu : 1. Fase Pertama (1950) era grafika komputer interaktif -

Tidak begitu cepat karena teknologi, jumlah dan harga komputer tidak mendukung.

-

MIT berhasil mengembangkan komputer whirlwind dengan tabung sinar katode (Cathode Ray Tube-CRT).

-

Sudah menggunakan pena cahaya (light pen) yaitu sebuah alat input bentuknya seperti pensil yang digunakan untuk memilih posisi, menunjuk sesuatu dan menggambar pada layar dengan pendeteksian cahaya yang datang dari titik-titik pada layar CRT.

-

Telah ada alat pemrograman otomatis (Automatic Programming Tool)

2. Fase Kedua (1960) Jaman Penelitian/Riset Grafika Komputer Interaktif -

Grafika interaktif modern telah ditemukan oleh Ivan Sutherland.

Page 2

-

Mengembangkan teknik interaktif dengan sarana keyboard dan pena cahaya.

-

Sejumlah projek penelitian dan produk Computer Aided

Design/Manufacturing

(CAD/CAM)

telah

muncul. 3. Fase Ketiga (1970) Grafika komputer interaktif telah digunakan oleh sektor industri, pemerintah dan ilmuawan untuk memperbaiki kualitas desain produk secara cepat dan mudah. 4. Fase Keempat (1980-1990) -

Penelitian

pada

dekade

ini

bertumpu

pada

penggabungan dan pengotomasasian pelbagai unsur desain dan pemodelan pejal (solid modelling). -

Teknologi hibrid mulai diperkenalkan. Teknologi ini berguna untuk penggabungan objek pejal dengan permukaan.

C. Peranan dan Penggunaan Grafika Komputer Grafika komputer telah menunjukkan kemajuan yang pesat

dalam

pengembangan

berbagai

aplikasi

untuk

menghasilkan gambar. Walaupun pada awalnya aplikasi dalam sains dan engineering memerlukan peralatan yang mahal, perkembangan teknologi komputer memberikan

Page 3

kemudahan penggunaan komputer sebagai alat bantu aplikasi grafik komputer interaktif. Pada saat ini grafika komputer digunakan secara rutin dibidang ilmu pengetahuan, teknik, kedokteran, bisnis, industri, pemerintahan, seni, hiburan, pendidikan, periklanan, dan lain sebagainya. 1. Desain Dalam proses desain grafika komputer terutama digunakan pada sistem engineering dan arsitektur. Pada umumnya Computer Aided Design (CAD) digunakan untuk pembuatan desain mobil, bangunan, pesawat terbang, kapal, komputer, tekstil, dan lain-lain. Pada beberapa aplikasi desain, objek ditampilkan dalam bentuk wireframe, dimana diperlihatkan keseluruhan bentuk, dengan bentuk internal dari objek tersebut. Penggunaan wireframe bermanfaat bagi designer untuk melihat isi dari objek tersebut. Contoh perangkat lunak yang digunakan yaitu AutoCAD, 3D Studio Max, dan Maya.

Gambar 1.1. Contoh Penggunaan 3D dengan 3Ds Max

Page 4

2. Grafik Presentasi Bidang lain yang berhubungan dengan grafika komputer adalah grafik presentasi yang dapat berupa cetakan, slide, dan transparansi. Grafik presentasi biasanya digunakan untuk melengkapi laporan keuangan, sains, data ekonomi, dan lain-lain. Bentuk grafik presentasi tersebut adalah chart, bar chart, pie chart, dan lain-lain.

Gambar 1.2. Grafik Presentasi

3. Computer Art Metode grafika komputer digunakan dalam aplikasi commercial art dan fine art. Seniman menggunakan bermacam-macam perangkat lunak grafik, dan kadang dilengkapi dengan perangkat keras khusus. Contoh perangkat lunak yang digunakan yaitu Corel Draw, Adobe Photoshop, Adobe Ilustrator, Macromedia, dan sebagainya.

Page 5

Gambar 1.3. Adobe Photoshop CS 4. Film Pada pembuatan film layar lebar, komputer banyak digunakan untuk menunjang proses pemodelan, visualisasi, dan editing. Misalnya dalam proses special effect, film a i asi. To “tor 99 , erupaka fil perta a a g di produksi oleh The Walt Disney Company secara penuh menggunakan teknologi komputer dan ilmu Grafik komputer. Sejak saat itu, mulailah studio animasi digital lain untuk membuat film serupa. diantaranya Blue Sky Studios (Fox), DNA Productions (Paramount Pictures and Warner Bros.), Onation Studios (Paramount Pictures), Sony Pictures Animation (Columbia Pictures) dan DreamWorks.

Page 6

Gambar 1.4. Toy Story, salah satu contoh film animasi. Kunci pembuatan film-film ini adalah sebuah aplikasi komputer grafis yang disebut computer generated imagery (CGI). Dengan perangkat lunak ini bisa diciptakan gambar 3D lengkap dengan berbagai efek yang dikehendaki. Beberapa software CGI populer antara lain Art of Illusion (bisa didownload di sourceforce.net), Maya, Blender, dan lain-lain. Salah satu efek CGI dalam film yang kurang dikenal, namun penting, adalah digital grading. Dengan efek ini warna asli hasil shooting direvisi menggunakan perangkat lunak untuk memberikan kesan sesuai dengan skenario. Contohnya wajah Sean Bean (pemeran Boromir) dala The Lord of the ‘i gs: the T o To er ketika ati di uat le ih pu at. Jadi, tidak dengan trik kosmetik, tetapi dengan polesan komputer. Page 7

5. Televisi Grafika komputer dalam tayangan televisi juga dapat berupa iklan, tampilan tiap acara, dan lainnya. 6. Video musik Produksi video musik tidak terlepas dari grafika komputer, diantaranya pembuatan promosi, cover atau kemasan video, serta animasi yang mengiringi setiap lagu. Proses editing video dan audio dilakukan dengan menggunakan komputer. 7.

Game

Berbagai game dapat dijalankan pada komputer PC, video player dengan monitor TV, dan ada yang menggunakan perangkat keras khusus. Alat input interaktif seperti mouse dan joystick diperlukan untuk aplikasi game.

Gambar 1.5. Ga e A gry Bird “easo s 8. Pendidikan Komputer sebagai alat bantu pendidikan (Computer Assisted Instruction) sudah cukup dikenal. Komputer juga Page 8

digunakan pada aplikasi-aplikasi bukan pengajaran untuk menunjang sistem pendidikan, seperti mengolah data, mencatat kehadiran, dan sebagainya. Aplikasi bidang pengajaran dengan komputer sebagai alat bantunya, diantaranya: - Drill and Practice (latih dan praktek) - CAI menggantikan pengajar untuk memberikan latihan kepada siswa - Tutorial (penjelasan) yakni sistem komputer digunakan untuk menyampaikan materi ajaran - Simulasi digunakan untuk mengkaji permasalahan yang rumit pada bidang biologi, transportasi, ekonomi, dan lainlain.

Gambar 1.6. Aplikasi bidang pengajaran mata pelajaran Matematika Aplikasi bidang bukan pengajaran dengan alat bantu komputer, diantaranya :

Page 9

- Computer Assisted Testing (Ujian Berbantuan Komputer): komputer digunakan untuk sarana ujian. - Computer Assisted Guidance (Pengarahan Berbantuan Komputer): komputer digunakan sebagai sarana untuk mencari informasi yang diperlukan. - Computer Managed Instruction : komputer digunakan untuk merencanakan pelajaran, evaluasi belajar, serta memantau prestasi siswa. 9. Visualisasi Ilmuwan, ahli kedokteran, analis bisnis, dan lain-lain sering menggunakan banyak informasi suatu masalah dalam mempelajari perilaku proses tertentu. Informasi tersebut berisi ribuan data untuk memberikan gambaran hasil suatu evaluasi. Data tersebut diproses sehingga mendapatkan hasil dalam bentuk visual. Virtual Reality adalah lingkungan virtual yang seakanakan begitu nyata di mana user dapat Berinteraksi dengan objek-objek dalam suasana atau lingkungan 3 dimensi. Perangkat keras khusus digunakan untuk memberikan efek pemadangan 3 dimensi dan memampukan user beriteraksi dengan objek-objek yang ada dalam lingkungan. Contoh: aplikasi VR parachute trainer yang digunakan oleh U.S. Navy untuk latihan terjun payung. Aplikasi ini dapat memberikan keutungan berupa mengurangi resiko cedera selama latihan, mengurangi biaya penerbangan, melatih perwira sebelum melakukan terjun payung sesungguhnya.

Page 10

Sedangkan visualisasi data adalah teknik-teknik membuat image, diagram, atau animasi untuk Mengkomunikasikan pesan. Visualisasi telah menjadi cara yang efektif dalam mengkomunikasikan baik data atau ide abstrak maupun nyata sejak permulaan manusia. Contoh: visualisasi dari struktur protein, strutur suatu website, visualisasi hasil data mining. Contoh pengolahan citra dalam kehidupan sehari – hari : 1.Bidang kesehatan, digunakan untuk rontgen tubuh manusia yang berfungsi untuk mengetahui ada atau tidaknya kelainan di tubuh. 2.Bidang visual, bisa digunakan untuk pemotretan lewat satelit, GPS, foto kamera dan lain-lain 10. Image Processing Image processing (pengolahan citra) merupakan teknik untuk memodifikasi atau menginterpretasi gambar yang ada, seperti foto dan rangkaian gambar film. Dua macam prinsip pengolahan citra adalah : - Meningkatkan kualitas gambar. - Memberikan persepsi dari informasi visual, seperti pada robotik. Untuk melakukan pengolahan citra, pertama-tama membuat digitasi dari foto atau membuat foto menjadi file image. Selanjutnya metode digital dapat digunakan untuk memodifikasi gambar sehingga mendapatkan kualitas yang baik.

Page 11

11. Graphical User Interface (GUI) Graphical interface (antarmuka grafik) banyak digunakan dalam setiap aplikasi. Komponen utamanya adalah window manager, dimana pengguna dapat mengatur tampilan dari window. Interface juga menampilkan menu dan icon untuk mempercepat pemilihan yang dilakukan oleh pengguna. D. Sistem Grafika Komputer Graphics library/package (contoh: OpenGL) adalah perantara aplikasi dan display hardware (Graphics System). Application program memetakan objek aplikasi ke tampilan/citra dengan memanggil graphics library. Hasil dari interaksi user menghasilkan/modifikasi citra. Penggunan user mengendalikan isi,struktur, dan kemunculan objek serta menampilkan citra melalui suatu komponen dasar visual feedback. Komponen Dasar Sistem Grafik Interaktif meliputi: - Masukan : mouse,tablet,dan stylus,peralatan feedback,scanner,live video stream,dll. - Proses & Penyimpanan . - Keluaran : layar, printer berbasis kertas, perekam video, non-linear, editor, dll.

Page 12

Gambar Komponen Sistem Pengolah Citra Digital Sistem Interaktif Grafik Pertama, Sketchpad, ditemukan oleh Ivan Sutherland (1963) di MIT.



1960, William Fetter, dimulainya pembuatan model animasi

Page 13



1963, Ivan Shutherland (MIT), menggunakan sketcpad (Manipulasi langsung, CAD), alat untuk menampilkan









       

vector. 1968, Evans & Shutherland. 97 , Pierre B eezier, pe ge

a ga kur a B eezier.

1972 Ditayangkannya film Westworld, sebagai film pertama yang menggunakan animasi komputer. 1974, Ed Catmull mengembangkan z-buffer. 1976, Jim Blinn mengembangkan texture dan bumo mapping 1977, Film terkenal Star Wars menggunakan grafik komputer 1979, Turner Whitted mengembangkan algoritma ray tracing. Perteng...