BAB 2 SISTEM OPERASI LASER SCANNER
2.1 Laser Scanner 2.1.1 Definisi 3D Laser Scanner 3D Laser Scanner atau lebih dikenal dengan sebutan laser scanner saja merupakan instrumen analisis objek real world yang dapat mengumpulkan data permukaan dan bentuk objek kemudian ditampilkan dalam bentuk 3 dimensi yang penuh warna (http://en.wikipedia.org). Data yang terkumpul dapat digunakan untuk mengkonstruksi bentuk digital dalam model tiga dimensi yang berguna untuk berbagai macam kebutuhan proyek. Alat ini digunakan secara ekstensif oleh industri hiburan dalam produksi film dan video game. Aplikasi umum lain yang biasa menggunakan teknologi ini adalah industri desain, reverse engineering and prototyping, dan pelestarian bentuk artefak bersejarah. Banyak macam teknologi yang dapat dikategorikan sebagai alat 3D Scanning ini; setiap teknologi mempunyai keterbatasan, kelebihan, dan biaya
yang
berbeda-beda dan perlu diingat bahwa masih banyak keterbatasan dalam hal merekam objek-objek tertentu. Contohnya teknologi optik menemui banyak kesulitan dengan objek yang berkilauan, menyerap sinar atau transparan dan struktur konstruksi dengan jenis-jenis cat tertentu. Contoh 3D laser scanner dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Laser Scanner HDS (High Density Survey) 3000 Leica Geosystem.
8
Namun, pada saat ini telah ditemukan dan dikembangkan metodametoda untuk menscan objek yang berkilauan, seperti melapisi objek-objek tersebut dengan suatu lapisan tipis dari bedak putih, hal ini akan membantu foton-foton untuk merefleksikan kembali sinar yang dipancarkan scanner. Laser scanner dapat mengirimkan lebih dari satu trilyun cahaya foton terhadap suatu objek dan menerima kembali foton-foton dalam persentasi yang sangat kecil melalui optik yang digunakan. Reflektifitas objek berdasarkan warna objek atau albedo terrestrial. Suatu permukaan yang putih akan merefleksikan banyak cahaya dan suatu permukaan yang hitam hanya akan merefleksikan sedikit cahaya. Objek transparan seperti gelas atau kaca hanya akan mematahkan atau membelokkan cahaya dan memberikan informasi 3D yang salah.
2.1.2 Kemampuan Tujuan dari suatu 3D laser scanner biasanya untuk menciptakan awanawan titik (point clouds) dari permukaan obyek dalam bentuk geometrik. Titiktitik ini kemudian bisa digunakan untuk mengekstrapolasi bentuk dari subyek (suatu proses yang disebut rekonstruksi). Jika informasi warna dikumpulkan pada masing-masing titik maka warna-warna dari suatu permukaan subyek juga dapat ditentukan. 3D laser scanner sangat mirip dengan kamera karena mempunyai suatu medan pandang yang seperti kerucut, dan seperti kamera-kamera, mereka hanya dapat mengumpulkan informasi tentang permukaan-permukaan yang tidak digelapkan. Sementara suatu kamera mengumpulkan informasi warna tentang permukaan-permukaan di dalam medan pandangnya, 3D laser scanner mengumpulkan informasi jarak tentang permukaan-permukaan di dalam medan pandangnya sehingga image yang dihasilkan oleh suatu 3D laser scanner dapat memberikan informasi mengenai jarak antar masing-masing titik di suatu permukaan itu. Untuk kebanyakan situasi, single scan tidak akan menghasilkan suatu model yang lengkap dari subyek. Dengan melakukan scanning berkali-kali, bahkan hingga ratusan kali, dari beraneka arah biasanya diperlukan untuk memperoleh informasi tentang semua samping dari subyek. Scan-scan ini harus
9
dibawa ke dalam suatu sistem referensi umum, suatu proses yang biasa disebut registrasi, lalu digabungkan untuk menciptakan suatu model yang lengkap
2.1.3 Teknologi Ada dua tipe dari 3D laser scanner yaitu kontak dan non-kontak. Noncontact 3D laser scanner dapat lebih lanjut dibagi menjadi dua kategori utama yaitu scanner aktif dan scanner pasif. Ada bermacam teknologi yang merupakan turunan dari masing-masing kategori ini seperti dapat dilihat pada gambar 3. 3D LASER SCANNER
NON-CONTACT
NON-CONTACT ACTIVE
CONTACT
NON-CONTACT PASSIVE
Gambar 3. Macam-macam teknologi 3D Laser Scanner
2.1.3.1 Contact Contact 3D laser scanner memeriksa subyek melalui sentuhan secara fisik. Suatu CMM (Coordinate Measuring Machine/mesin ukur koordinat) adalah satu contoh dari suatu 3D scanner yang memerlukan kontak. Itu digunakan kebanyakan di dalam manufaktur dan menghasilkan bentuk model yang sangat presisi. Namun, kerugian dari CMM adalah mutlak memerlukan kontak dengan benda itu yang sedang diteliti. Dengan demikian, tindakan scanning akan dapat merubah atau merusak benda itu. Fakta ini sangat penting ketika object scanning merupakan barang berharga seperti artifak-artifak bersejarah. Kerugian yang lain dari CMM adalah pergerakannya relatif lambat dibandingkan dengan metoda-metoda scanning yang lain. Secara fisik menggerakkan lengan tangan ketika CMM sedang bekerja akan sangat melambatkan kerja alat dan CMM yang paling cepat hanya dapat bekerja pada beberapa ratus Hertz. Kebalikannya, sistim optis seperti suatu laser scanner dapat operasikan dari 10 hingga 500 kHz.
10
Contoh-contoh lain dari contact 3D laser scanner adalah pengendali sentuhan tangan (hand driven touch) yang digunakan untuk mendigit model tanah liat/lempung dalam industri animasi komputer.
2.1.3.2 Non-Contact Active Non-Contact active merupakan scanner aktif yaitu scanner yang dapat memancarkan semacam radiasi atau cahaya dan mendeteksi pantulannya untuk mendapatkan data bentuk dan ukuran suatu obyek atau lingkungan. Tipe-tipe emisi atau pancaran yang mungkin digunakan adalah cahaya, ultrasound atau sinar x. Non-contact active scanner terdiri atas berbagai tipe scanner seperti yang terlihat pada gambar 4. NON-CONTACT ACTIVE
TIME-OFFLIGHT
TRIANGULASI
CONOSCOPIC HOLOGRAPHY
CAHAYA TERSTRUKTUR
Gambar 4. Diagram macam-macam teknologi non-contact active scanner
11
CAHAYA TERATUR
A. Time-of-flight
Gambar 5. Time-0f-flight measurement
3D laser scaner time-of-flight adalah salah satu teknologi dalam scanner aktif, teknologi yang digunakan daam scanner ini menggunakan cahaya laser untuk memeriksa subyek. Laser range finder adalah scanner yang menggunakan teknologi ini. Laser scanner range finder menemukan jarak dari suatu permukaan dengan perhitungan waktu perjalanan pulang pergi satu pulsa cahaya. Suatu laser digunakan untuk memancarkan satu pulsa cahaya dan menghitung waktu sebelum cahaya pantul itu dilihat oleh suatu detektor. Karena kelajuan cahaya c telah diketahui, dengan mengukur perjalanan pergi pulang cahaya maka jarak tempuh cahaya dapat ditentukan. Laser range finder hanya mendeteksi jarak dari satu titik dalam arah pandangannya. Dengan demikian, scanner memindai seluruh medan pandang nya dan mendapatkan satu titik dalam satu waktu yang sama, dengan mengubah arah pandangan range finder didapatkan titik-titik pada daerah yang berbeda. Arah pandangan laser range finder dapat diubah baik oleh rotasi maupun range finder sendiri, atau dengan menggunakan suatu sistimrotasi cermin. Metoda yang disebut terakhir biasa digunakan karena cermin-cermin lebih ringan dan dapat diputar lebih cepat dan dengan akurasi yang sangat tinggi. Kekhasan 3D laser scaner Time-of-flight ini dapat mengukur jarak dari 10,000 ~100,000 titik per detik.
12
B. Triangulasi Prinsip dari suatu sensor triangulasi laser. Posisi dua objek ditunjukkan pada gambar 6 di bawah.
Gambar 6. Prinsip Triangulasi antara 2 objek
3D laser scaner triangulasi adalah salah satu jenis scanner aktif yang menggunakan cahaya lasernya untuk memeriksa lingkungan. Berkenaan dengan time-of-flight 3D laser scaner, triangulasi laser menerangi suatu laser pada subyek dan memanfaatkan kamera untuk mencari lokasi titik laser. Tergantung pada seberapa jauh laser mengenai suatu permukaan, titik laser muncul pada tempat yang berbeda di dalam medan pandang kamera itu. Teknik ini disebut triangulasi karena titik laser, kamera dan pemancar laser membentuk suatu segi tiga. Panjang samping dari segi tiga, jarak antara kamera dan pemancar laser diketahui. Sudut dari pemancar laser adalah juga diketahui. Sudut dari pojok kamera dapat ditentukan dengan memperhatikan lokasi titik laser di dalam medan pandang kamera itu. Tiga potongan dari informasi ini menentukan bentuk dan ukuran dari segi tiga secara keseluruhan dan memberi lokasi titik laser pada segi tiga. Dalam banyak kasus suatu garis laser disapu melintasi objek untuk mempercepat proses akuisisi data. National Research Council Canada merupakan salah satu institut pertama yang mengembangkan triangulasi berdasarkan teknologi laser scanning pada tahun 1978.
C. Conoscopic Holografi
13
Di dalam sistem conoscopic suatu cahaya laser diproyeksikan ke permukaan lalu pantulan yang segera didapat sepanjang lintasan cahaya yang sama disimpan melalui suatu Kristal conoscopic dan diproyeksikan ke suatu CCD. Hasilnya adalah suatu pola difraksi yang dapat dianalisa secara berkala untuk menentukan jarak dari permukaan yang diukur. Keuntungan utama dengan Conoscopic Holography adalah hanya memerlukan satu lintasan cahaya untuk mengukur, hal ini memberi suatu peluang untuk mengukur di kedalaman suatu lubang pengeboran dengan sempurna.
D. Cahaya Tersruktur 3D scanner cahaya terstruktur memproyeksikan pola cahaya pada subjek dan dan memperhatikan deformasi pola pada subyek. Pola dapat berupa satu atau dua dimensi. Sebagai contoh satu dimensi adalah garis. Garis di proyeksikan kepada subjek menggunakan proyektor LCD atau laser penyapu. Suatu kamera, posisi sedikit offset dari proyektor pola, melihat bentuk dari baris dan menggunakan suatu teknik serupa dengan triangulasi untuk menghitung jarak dari tiap titik. Pada kasus suatu pola garis tunggal, garis disapu memanjang medan pandang untuk mengumpulkan informasi jarak satu garis pada waktu yang sama. Contoh dari pola dua dimensi adalah grid atau pola garis-garis. Suatu kamera digunakan untuk memperhatikan deformasi pola dan suatu algoritma kompleks digunakan menghitung jarak pada masing-masing titik di dalam pola. Pertimbangkan sebuah array dari garis laser vertikal yang paraLel menyapu secara horizontal ke arah target. Pada kasus yang sederhana, seseorang dapat menganalisis sebuah image dan mengasumsikan bahwa urutan garis pantul dari kiri ke kanan merupakan urutan laser pada array, sehingga image yang paling kiri merupakan laser yang pertama dan selanjutnya merupakan laser yang kedua, dan seterusnya. Bagaimanapun pengurutan ini diuraikan
sebagai garis sering tersembunyi dan mungkin tampil
untuk
mengubah urutan, menghasilkan ambiguitas garis laser. Masalah khusus ini telah dipecahkan baru-baru ini melalui sebuah terobosan teknologi yang dinamakan Multistripe Laser Triangulation (MLT). Cahaya terstruktur masih merupakan area penelitian yang masih aktif dan terus berkembang ditandai
14
dengan banyak dipublikasikannya jurnal-jurnal penelitian di area penelitian ini setiap tahunnya Keuntungan dari cahaya terstruktur 3D scanner adalah kecepatannya. Dibandingkan menscan hanya satu titik pada satu waktu, scanner dengan cahaya terstruktur menscan banyak titik atau seluruh medan pandang dalam satu waktu. Hal ini mereduksi atau mengeliminasi masalah dari distorsi akibat gerakan. Beberapa system pemindai mampu memindai objek bergerak secara real time. Baru-baru ini Song Zhang dan Peisen Huang dari Stony Brook University mengembangkan suatu pemindai real-time menggunakan proyeksi pinggiran digital (digital fringe projection) dan teknik pergeseran fasa (phaseshifting technique). Sistem ini mampu menangkap, merekonstruksi dan dan melakukan high-density rendering terhadap detail objek terdeformasi yang bergerak secara dinamis (seperti ekspresi wajah) dengan kecepatan 40 frame per detik(Zhang, Song., Huang, Peisen., 2006).
E. Cahaya Teratur 3D scanner dengan cahaya termodulasi memancarkan sinar secara terus menerus dan mengubah pola pencahayaan pada subyek. Biasanya sumber cahaya merambatkan amplitudonya dalam suatu pola sinusoidal. Sebuah kamera mendeteksi refleksi cahaya dan jumlah pola cahaya yang digeserkan dengan menentukan jarak dari perjalanan cahaya.
2.1.3.3 Non-Contact Passive Pemindai pasif tidak memancarkan radiasi sendiri, tetapi bergantung pada deteksi pantulan radiasi dari lingkungan. Kebanyakan pemindai dari tipe ini mendeteksi cahaya kasat mata karena merupakan radiasi pantulan dari lingkungan yang ada. Radiasi jenis lain seperti infra merah juga dapat digunakan. Metoda-metoda pasif dapat menjadi sangat murah, karena dalam banyak kasus mereka tidak memerlukan perangkat keras tertentu. Macammacam teknologi non-contact passive dapat dilihat pada gambar 7 di halaman berikut.
15
NON-CONTACT PASSIVE
STEREOSKOPIS
SILHOUETTE
USER ASSISTED
Gambar 7. Diagram teknologi non-contact passive
A. Stereoskopis Sistem stereoskopik biasanya mempekerjakan dua kamera video, sedikit terpisah, memperhatikan pandangan yang sama. Dengan menganalisa perbedaan tipis antara gambar yang dihasilkan tiap kamera memungkinkan untuk menentukan jarak antara tiap titik pada gambar. Metode ini didasarkan pada penglihatan stereoskopis manusia.
B. Silhouette Tipe-tipe dari 3D scanner ini menggunakan garis besar yang diciptakan dari urutan foto-foto di sekitar objek 3D melawan latar belakang yang sangat kontras. Bayangan yang terbentuk menekan dan memotong serta membentuk lubang visual aproksimasi dari objek. Dengan teknik semacam ini beberapa jenis kecekungan dari objek tidak bisa terdeteksi.
C. User Assisted 3D scanner jenis ini bekerja berdasarkan prinsip-prinsip fotogrametri. Prinsip kerja yang serupa dengan metode fotografi panorama, kecuali bahwa foto-foto diambil dari satu objek pada ruang 3D untuk mereplikasikan, dibandingkan dengan cara mengambil satu seri foto dari satu titik di dalam ruang tiga dimensi dalam rangka untuk mereplikasikan keseluruhan lingkungan sekitar.
16
2.1.4 Rekonstruksi Point clouds yang dihasilkan oleh 3D scanner biasanya tidak digunakan secara langsung. Kebanyakan aplikasi tidak menggunakan point clouds, tetapi sebagai gantinya menggunakan model 3D bersudut banyak. Proses mengubah suatu point cloud ke dalam suatu model 3D yang bersudut banyak disebut rekonstruksi. Dalam proses ini titik adjacent dicari lalu dihubungkan untuk menciptakan suatu permukaan yang continue. Banyak algoritma telah tersedia untuk tujuan ini misalnya photo modeler dan image model.
2.2 Pengenalan alat High Definition Surveying 3000 (HDS 3000) High Definition Surveying 3000 atau lebih dikenal dengan HDS 3000 merupakan salah satu alat baru di bidang survei pengukuran yang berbasis 3D laser mapping yang dikeluarkan oleh Leica Geosystems. Alat ini merupakan pengembangan dari alat survey Electronic Total Station (ETS) yang sering dipakai saat ini. Menurut Lemmens (2004) ada sejumlah alat pemetaanlain yang berbasis pada konsep 3D laser mapping seperti halnya HDS 3000 pada kurun waktu 4 tahun terakhir antara lain: 1. Delta Sphere-3000 dan Delta Sphere-3000IR, produksi dari 3rd Tech. 2. CP 3200, produksi CALLIDUS Precision Systema. 3. I-SITE 4400, produksi I-SITE. 4. iQsun 880, produksi iQsun. 5. HDS 2500, HDS 3000, dan HDS 4500, produksi Leica Geosystems HDS. 6. ALTM 3100 dan ILRIS-3D, produksi Optech. 7.RIEGL LMS-Z210i dan RIEGL LMS-Z420i, produksi RIEGL Measurement Systems. 8. GS101 dan GS200, produksi Trimble. 9. 3D Laser Measurement System: Imager 5003 dan Profiler 6000, produksi Zoller+Frőhlich.
17
2.2.1 Spesifikasi HDS 3000 Secara umum spesifikasi dari HDS 3000 adalah sebagai berikut (http://leicageosystem.com) : a. ketelitian 1. ketelitian jarak : 4 mm pada jarak 50 m 2. ketelitian posisi : < 6 mm pada jarak 50m 3. ketelitian sudut vertikal : 60 mikroradian 4. ketelitian sudut horisontal : 60 mikroradian b. cakupan 1. jarak efektif : 0 – 100 m 2. cakupan sudut horisontal (per Scan) : 360° 3. cakupan sudut vertikal (per Scan) : 270° c. sistem laser 1. jenis laser : kelas 3R (IEC 60825-I) 2. warna laser : hijau 3. panjang gelombang : dual frekuensi dengan panjang 523 nanometer d. sistem power 1. Power supply : input 12V 2. konsumsi power : rata-rata < 80 W 3. jenis baterai : sealed lead acid 4. kapasitas baterai : 6 jam pada pengukuran dengan temperatur standard 5. status indikator baterai : 5 buah indikator, indikator status Charging dan indikator tingkat power (High, Medium, Low) e. lingkungan 1. temperatur operasional : 0 – 40o C 2. penyimpanan : -25o – 65o C 3. cahaya : dapat dioperasikan pada siang dan malam hari f. fisik alat 1. dimensi Scanner : panjang 265 mm, lebar 370 mm, tinggi 510 mm 2. bobot scanner : 16 kg (35 lbs) 3. dimensi baterai : panjang 165mm, lebar 236 mm, tinggi 215 mm 4. bobot baterai : 12 kg (26 lbs) g. perangkat lunak : Cyclone TM
18
h. Perlengkapan HDS 3000 : 1. tempat scanner ( Scanner case) 2. tribach dan tripod scanner 3. kabel Ethernet untuk menghubungkan scanner dengan laptop 4. perangkat lunak Cyclone 5.2 5. target scan dan perlengkapannya 6. 2 buah tempat baterai yang masing - masing terdiri atas : baterai, kabel penghubung baterai dengan scanner, dan charger baterai.
2.3 Prinsip kerja laser scanner 2.3.1 Sistem perekaman data HDS 3000 seperti laser scanner lainnya tidak memerlukan reflektor dalam merekam objek yang diinginkan, kelebihan ini lebih dikenal dengan istilah reflectorless atau reflektornya adalah objek itu sendiri. Prinsip dasar dari proses perekaman data HDS 3000 ini menggunakan prinsip perambatan gelombang, yaitu scanner memancarkan gelombang sinar laser ke objek dan kemudian objek tersebut memantulkan kembali gelombang sinar tersebut, seperti dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Prinsip Kerja Perekaman Data
19
Gelombang sinar laser yang dipantulkan oleh objek di ukur waktu perambatannya hingga diterima kembali oleh alat, kemudian direkam. Waktu yang diperlukan untuk mengiriman gelombang sampai menerima pantulannya kembali disebut waktu pergi pulang gelombang atau disimbolkan dengan ∆t, karena kecepatan rambat cahaya merupakan tetapan yang dikenal dengan simbol c, maka dari 2 tetapan tersebut dapat diketahui jarak antara alat dengan obyek berdasarkan persamaan berikut: R = ( c . Δt )/ 2 Keterangan : R : jarak dari scanner ke titik objek C : kecepatan gelombang sinar laser ΔT: jumlah waktu pergi dan pulang Selain jarak, dari proses perekaman data dapat diketahui pula sudut horizontal dan sudut vertikal. Dari pengukuran sudut dan jarak tersebut dapat diketahui koordinat titik objek. Data hasil pengukuran pada setiap kali berdiri alat HDS 3000 adalah dalam koordinat 3D yang sering disebut dengan ScanWorld.
2.3.2 Sistem pengukuran Sistem pengukuran laser scanner dari beberapa tempat berdiri alat dapat dilihat pada gambar 9.
ScanWorld 3
Scan area
ScanWorld 1
Titik referensi ScanWorld 2
Gambar 9. Sistem pengukuran laser scanner
20
Sistem pengukuran dengan laser scanner biasanya menggunakan metode multiple scan atau melakukan scanning berkali-kali pada posisi yang berbeda-beda. Banyaknya scanning yang dilakukan tergantung pada kebutuhan ketelitian detail objek yang diinginkan, semakin banyak scanning yang dilakukan pada suatu objek akan semakin banyak detail yang dihasilkan dan semakin teliti model objek yang terbentuk. Setiap kali alat berdiri untuk melakukan scanning dikenal dengan nama ScanWorld(SW) dalam tampilan software Cyclone 5.2. ScanWorld yang tersimpan dalam database software digunakan dalam proses registrasi untuk menghasilkan modelspace yang unify. Untuk lebih lengkap mengenai sistem pengukuran laser scanner dapat dilihat pada bagian prosedur pelaksanaan.
2.3.3 Prosedur pelaksanaan Objek - Detil - Titik Referensi
Survei Pendahuluan
Orientasi Scanner
Membuat Database Checkl Local Area Networking (cek IP Address) Connecting to Scanner
YA Acquire Photo Image
21
TIDAK
Scanning
Registrasi
Analisis Hasil Registrasi
TIDAK
YA Unifikasi Model Space
Clear Fence
Pengolahan Data yang dilakukan
Model Space 3D
Region Grow
Aplikasi Engineering
Model 3D Offshore Platform Konversi ke Format Lain
Gambar 10. Diagram Prosedur Pelaksanaan
2.3.3.1 Pekerjaan lapangan 1. Survei pendahuluan Survei pendahuluan adalah pekerjaan awal sebelum dilakukan pengukuran dengan tujuan untuk mengetahui lokasi obyek yang akan diukur dan kondisi di sekitarnya. Dalam melakukan survei pendahuluan dibuat sket awal yang merupakan gambaran dari lokasi objek dan kondisi daerah di sekitarnya yang merupakan hasil dari pengamatan sementara. Dari hasil
22
survey pendahuluan tersebut dapat ditentukan perlengkapan pendukung selain alat ukur utama yang dibawa,yaitu estimasi waktu, jumlah personil, dan akomodasi yang akan diperlukan selama proses pengambilan data di lapangan.
2. Orientasi scanner Pekerjaan
pertama
kali
yang
dilakukan
sebelum
melakukan
pengambilan data adalah melakukan orientasi scanner, kegiatan dalam orientasi scanner yaitu menentukan posisi scanner terhadap objek dalam merekam data. Dalam melakukan orientasi scanner harus diperhatikan posisi yang strategis, dimana dari posisi tersebut scanner dapat merekam objek dengan hasil yang maksimal. Selain itu harus diperhatikan pertampalan objek hasil perekaman dari dua posisi scanner yang berdekatan, dimana pertampalan tersebut harus memenuhi syarat agar data hasil perekaman dapat diregistrasi dan diolah lebih lanjut. Dalam orientasi scanner juga dibuat gambar sketsa lapangan yang menggambarkan posisi scanner dalam melakukan perekaman data, agar memudahkan dalam melakukan pengolahan data nantinya.
3. Mendirikan alat dan membuat database Setelah orientasi scanner selesai, maka pengukuran dimulai dengan mendirikan scanner pada posisi yang telah ditentukan. Langkah-langkah dalam mendirikan scanner adalah sebagai berikut : 1. Mendirikan tripod diatas titik yang telah ditentukan. Pastikan tripod berdiri dengan kokoh, 2. Memasang tribach diatas tripod, 3. sentering tribach dengan cara mengatur skrup penyetel A, B, C, sehingga sumbu satu benar-benar vertikal atau tribach benar-benar datar, 4. Memasang scan head HDS 3000 diatas tribach, 5. Membuka penutup pada jendela scan head, 6. Memasang kabel data antara scan head dengan laptop dan kabel power antara scan head dengan baterai, 7. Unlock scan head, yaitu membuka kunci pada scan head sehingga scan head dapat berputar bebas, 8. Booting scan head, yang dilakukan dengan menekan tombol On-Off pada
23
baterai dan menghidupkan laptop. Dalam tahap ini scan head membaca program yang ada karena adanya arus listrik yang masuk dan memastikan scan head siap untuk dihubungkan dengan laptop. Proses booting ditandai dengan
Apabila proses booting selesai maka akan ditandai dengan
menyalanya lampu indikator berwarna hijau pada Scan Head, hal ini berarti scanner telah siap untuk dikoneksikan dengan laptop dan siap melakukan perekaman data. Selama proses booting scanner, maka kegiatan yang dilakukan adalah membuat database. Database digunakan sebagai tempat penyimpanan hasil perekaman data. Langkah-langkah dalam pembuatan database sebagai berikut :1. membuka jendela Cylone navigator 2. membuat database dengan nama “ZAKUM”, dengan memilih command Add / Database yang ada pada menu Configure / Database.
Gambar 11. Pembuatan database
Setelah database dibuat, kemudian dibuat project baru pada database. Project baru dibuat dengan perintah Create / project pada menu utama pada jendela navigator.
4. Koneksi cyclone ke scanner Pada tahap ini yang dilakukan adalah menghubungkan cylone yang ada pada laptop dengan Scan head, sehingga Cyclone dapat mengendalikan scan head dalam melakukan perekaman data. Dalam proses koneksi ini harus dipastikan bahwa scan head telah siap untuk melakukan scanning yang ditandai dengan menyalanya lampu indikator ready pada scan head. Langkahlangkah dalam koneksi cyclone ke scanner adalah sebagai berikut :
24
1. membuka jendela navigator 2. dobel klik pada p-659 yang ada pada folder scanners, maka akan muncul jendela scan control. Kemudian memilih database dan project yang telah dibuat.
Gambar 12. Pemilihan database dan project untuk scanning
3. melakukan koneksi dengan scan head dengan perintah Connect pada menu Scanner. Jika koneksi berhasil maka pada pojok kiri bawah jendela scan Control akan muncul kalimat “Connected and ready”, tetapi jika connecting tidak berhasil maka harus dilakukan pengecekan pada Local Area connection, yaitu dengan check ulang TCP/IP addressnya, jika TCP/IP address sudah benar maka koneksi akan dapat dilakukan. TCP/ IP address adalah alamat local area conection dari lisensi scanner HDS 3000 yang digunakan.
5. Acquire photo image Acquire Photo Image merupakan proses perekaman gambar atau image dari objek sebelum dilakukan scanning. Dengan adanya image, maka dapat dilakukan proses scanning dengan ketelitian yang diinginkan dan dapat dipilih obyek-obyek tertentu yang akan di scan, sehingga scanning dapat dilakukan dengan seefektif dan seefisien mungkin. HDS 3000 didesain untuk merekam image fotografik yang merupakan mosaik dari beberapa potongan image, dimana tiap potongan image berukuran 200 x200 (cakupan window HDS 3000 adalah 3600 untuk bidang horisontal dan 2700 untuk vertikal). Langkah langkah dalam Acquire Photo Image adalah : 25
1. Menentukan lebar window pada bidang horisontal dan vertikal dari objek yang akan diambil gambarnya. Untuk horisontal dapat ditentukan batas windownya dengan menggunakan tombol Quick scan pada Scan Head. 2. Adjust Exposure, yaitu menentukan besarnya tingkat pencahayaan yang diinginkan. Selain itu juga dilakukan setingan terhadap resolusi dari image yang akan diambil, dimana pada penelitian ini resolusi dipilih high resolution agar memudahkan dalam mengamati obyek yang akan discan. 3. Pengambilan gambar atau image dengan perintah get image pada menu scanner control.
Gambar 13. Get Image pada menu Scanner Control
4. image hasil perekaman ditampilkan dengan perintah Show Image pada menu Scanner Control.
6. Scanning Scanning adalah proses perekaman data objek, dimana data hasil perekaman secara otomatis akan disimpan dalam database dan project yang telah tentukan pada saat awal pengukuran. Data objek hasil perekaman disebut dengan data point cloud. Tahap-tahap dalam proses scanning antara lain sebagai berikut : 1. menentukan area yang akan disiam pada image hasil perekaman. Hal ini dilakukan dengan cara menentukan batas area yang akan disiam pada menu Field Of View.
26
Gambar 14. Tampilan pada Field Of View pada Scanworld 1
2. mengeset resolusi scanning, yaitu menentukan ketelitian dari point cloud yang diinginkan. Dalam proses ini yang diset adalah range (jarak scanner terhadap objek) dan sample spacing (jarak antar titik yang akan disiam). Semakin kecil sample spacing maka akan semakin teliti data point cloud hasil peyiamannya namun semakin lama waktu yang dibutuhkan, dan memori untuk penympanannya juga semakin besar. Pada penelitian yang dilakukan, range yang digunakan rata-rata 100 m, sedangkan untuk sample spacingnya antara 4-6 mm. Pengesetan resolusi scanning ini dilakukan pada kotak menu resolution.
Gambar 15. tampilan pada setingan resolution Scanning
3. Scanning. Setelah daerah yang akan disiam telah dipilih dan diatur resolusi scanningnya, maka selanjutnya dilakukan scanning dengan menggunakan perintah Scan pada jendela Scan Control. Karena tiap area yang discan memiliki range dan sampling spacing yang berbeda, maka dalam penelitian ini digunakan fungsi Scanner Script. Dengan scanner script maka dapat dilakukan scanning beberapa area yang berbeda range
27
dan sample spacing sekaligus dalam satu kali proses scanning. Scanner script digunakan dengan perintah edit script pada menu scanner control.
2.3.4.2 Pekerjaan kantor 1. Registrasi data Data hasil perekaman objek, kemudian di registrasi. Tujuan dari registrasi adalah untuk menggabungkan data dari beberapa Scanworld (tempat berdiri alat) menjadi satu, sehingga memiliki sistem koordinat yang sama dan tidak terpisah-pisah seperti sebelumnya. Prinsip kerja dari registrasi sebenarnya adalah transformasi koordinat sebangun 3D, dimana dalam transformasi koordinat 3D dibutuhkan minimal 3 titik ikat. Berdasarkan jenis titik ikat yang digunakan, maka ada 3 metode yang digunakan dalam melakukan registrasi data. metode tersebut yaitu : 1. Metode Target to target 2. Metode point to point 3. Metode kombinasi Pada metode target to target, titik ikat yang digunakan untuk registrasi adalah titik target yang dipasang di sekitar objek dan diidentifikasi pada saat perekaman data. Kelemahan dari metode ini adalah jika ketelitian hasil registrasi masih kurang maka target yang ketelitiannya kurang harus dieleminir. Sehingga jika target yang digunakan pada saat pengambilan data jumlahnya terbatas maka harus dilakukan pengukuran ulang. Berdasarkan proses registrasi yang dilakukan, maka registrasi terbagi atas 2 metode yaitu: a.Registrasi secara bertahap. Registrasi scanworld dilakukan dalam beberapa tahap registrasi. Registrasi yang pertama dilakukan adalah dengan registrasi antara 2 scanworld, dimana salah satu scanworld merupakan scanworld yang akan dijadikan sebagai sistem referensi dari semua scanworld yang akan diregistrasi. Hasil dari registrasi pertama kemudian diregistrasi dengan scanworld lain yang memiliki pertampalan dengan salah satu atau kedua scanworld pada registrasi pertama, dimana yang dijadikan sebagai referensi adalah scanworld hasil registrasi pertama.
28
b. Registrasi secara keseluruhan. Semua scanworld diregistrasi dalam satu kali registrasi. Meskipun dalam satu kali registrasi, namun prinsip transformasinya hampir sama dengan registrasi secara bertahap. Pada registrasi ini dipilih pasangan-pasangan scanworld yang memiliki pertampalan, dimana tiap pasangan scanworld salah satu scanworld bertampalan dengan scanworld referensi atau bertampalan dengan scanworld lain yang bertampalan dengan scanworld referensi. Setelah titik ikat dari pasangan scanworld ditentukan , kemudian dilakukan registrasi secara bersamaan. Kelebihan dari registrasi ini adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan registrasi lebih cepat, karena semua scanworld diregistrasi dalam waktu yang bersamaan.
A. Metode penentuan titik ikat Metode penentuan titik ikat. Dalam penentuan titik ikat yang digunakan untuk registrasi, maka titik ikat dipilih secara manual pada titik objek hasil pengukuran, dimana titik tersebut harus mudah untuk diidentifikasi, misalnya pojok dinding. Selain itu titik-titik ikat yang dipilih harus berada pada daerah pertampalan. Posisi dari titik-titik ikat di daerah pertampalan diusahakan agar distribusinya merata, tidak hanya ditengah pertampalan saja atau di tepi saja, tetapi harus menyebar baik ditengah maupun ditepi dari daerah pertampalan. Hal ini bertujuan agar hasil registrasi yang didapatkan memiliki ketelitian yang baik, karena jika titik-titik yang dipilih persebarannya kurang (mengumpul di tengah atau hanya ditepi pertampalan), maka hasil registrasi akan memiliki ketelitian yang tidak merata, karena ketelitian yang baik hanya didapatkan di daerah sekitar titik ikat. Sedangkan titik yang jauh dari titik ikat memiliki ketelitian yang rendah. Selain hal tersebut diatas, yang digunakan sebagai dasar agar titik objek yang dipilih dapat digunakan sebagai titik ikat dalam registrasi adalah jarak antar titik yang bersesuaian antara scanworld referensi dengan scanworld yang akan ditransformasikan, dimana besarnya toleransi jarak antar titik yang bersesuaian tersebut ditentukan sebelum dilakukan proses registrasi. 29
B. Transformasi koordinat sebangun 3D Pada transformasi koordinat sebangun 3D, digunakan minimal 3 titik ikat yang diketahui koordinatnya. Titik ini digunakan untuk mencari nilai parameter dari transformasi tersebut. Jumlah parameter yang harus dicari dalam transformasi 3D ini ada 7 buah, yaitu skala (λ), rotasi (ω ,φ ,κ ), dan translasi (Tx, Ty, Tz). Rumus umum transformasi koordinat 3D sebagai berikut :
Parameter-parameter transformasi koordinat 3D tersebut dicari dengan menggunakan hitungan kuadrat terkecil metode parameter.
C. Hitungan kuadrat terkecil metode parameter Titik ikat yang digunakan untuk registrasi data pada dasarnya digunakan untuk mencari besaran parameter transformasi sebangun 3D. Besaran parameter tersebut dihitung dengan hitungan kuadrat terkecil metode parameter. Dalam hitungan kuadrat terkecil metode parameter, dari hasil suatu pengukuran akan dibentuk persamaan yang menyatakan hubungan antara ukuran dengan parameternya.
2. Unify model space hasil registrasi Prinsip dasar dari proses unify adalah untuk menyeragamkan point cloud model space hasil registrasi, sehingga memudahkan untuk melakukan pengolahan selanjutnya. Proses penyeragaman ini meliputi unit ukuran (unit), dimensi point cloud (point thickness), dan tingkat dari point cloud (Thickness). Selain penyeragaman tersebut, unify juga digunakan untuk mereduksi point cloud dengan cara mengatur spasi antar point cloud yang akan direduksi.
3. Clear Fence Clear fence merupakan fungsi dalam software cyclone untuk menghilangkan objek-objek yang tidak diperlukan yang berada dalam model space yang telah unify. 30
4. Region Grow region grow merupakan proses untuk merubah bentuk point cloud menjadi model 3D solid, dibentuk sedikit demi sedikit dengan teliti hingga yang menampilkan model objek yang utuh.
5. Konversi ke format lain Model 3D solid yang telah terbentuk disimpan dengan file ektensi .COE untuk kemudian diimpor dan dibuka dalam software CAD 2D untuk digunakan untuk keperluan lebih lanjut. Pengimporan file ke format CAD 2D dilakukan karena format gambar teknik CAD 2D yang umum digunakan dalam setiap pekerjaan engineering.
2.3.3 Sistem koordinat. Scanworld menggunakan sistem koordinat yang mengikuti prinsip aturan tangan kanan dengan pusat sumbu koordinat pada pusat scanner. Orientasi sumbu-sumbu koordinat dari HDS 3000 yaitu : sumbu Y+ searah dengan arah Scanner, sumbu X+ tegak lurus sumbu Y ke arah kanan dari arah Scanner, dan sumbu Z+ tegak lurus sumbu X dan sumbu Y ke arah atas (Gambar 10). Dari hasil pengukuran jarak dan sudut, maka koordinat titik objek dapat diketahui; Z = R . sin β X = R . cosβ . sin α Y = R . cosβ . cos α Keterangan: R : jarak dari scanner ke titik objek α : sudut horisontal titik objek β : sudut vertikal objek
31
Gambar 16. Prinsip Koordinat Titik Objek dari Data Jarak dan Sudut (kholiq, 2006)
2.4 Perangkat lunak cyclone 5.2 Cyclone 5.2 merupakan perangkat lunak yang dikembangkan oleh Cyra untuk efisiensi operasional semua sistem scanning HDS dari Leica. Secara singkat perangkat lunak Cyclone 5.2 memiliki 3 fungsi utama yaitu : 1. mengoperasikan Scanner sehingga dapat dilakukan perekaman data objek 2. mengolah data hasil perekaman 3. mengintegrasikan data hasil pengolahan dengan aplikasi lain Saat memulai aplikasi Cyclone maka tampilan yang akan muncul pertama kali adalah jendela navigator Cyclone (Cyclone window navigator) .. Jendela navigator merupakan jendela utama dan sebagai pusat untuk mengoperasikan scanner serta untuk mengatur database dalam komputer. Jendela navigator juga digunakan untuk membuat objek seperti : 1. Project 2. Model Space dan Model Space View 3. Scanworld, dan 4. Registrasi
32
Di dalam perangkat lunak Cyclone 5.2 ada beberapa istilah yang penting untuk diketahui, antara lain : 1. Scanworld Scanworld merupakan kumpulan titik-titik objek hasil scanning(point Clouds) dalam satu posisi berdiri alat, dimana kumpulan titik-titik objek tersebut memiliki suatu sistem koordinat tertentu. Suatu Scanworld dapat terdiri dari scanworld lain melalui registrasi data. Umumnya satu scanworld terdiri atas ModelSpace, Scan, dan Control Space dan image.. 2. Model Space Model Space berisi informasi data point cloud dari database yang telah diproses, dimodelkan, atau diubah dengan fungsi tertentu. 3. Model Space View Model Space View merupakan bagian dari Model Space yang berisi tampilan data hasil scanning (point Clouds). Sehingga pengolahan data hasil scanning maupun registrasi diolah di bagian ini. 4. Control Space Control Space hampir sama dengan Model Space View yaitu berisi data titik-titik objek hasil scan, bedanya Control Space digunakan sebagai dasar untuk proses registrasi.
Perangkat lunak Cyclone dapat dikoneksikan dengan perangkat lunak lain. Beberapa perangkat lunak tersebut antara lain yaitu; Autocad, Microstation, PDS, dan Auto Plant. Keempat perangkat lunak tersebut dapat dikoneksikan langsung dengan Cyclone melalui Plug-In dengan format data COE (Cyclone data Exchange). Selain format COE, ada beberapa format data lain yang dapat diimport ke Cyclone antara lain yaitu; data ASCII (XYZ, PTS, SVY, PTX, TXT), RIEGL 3DD, CGP, BMP, JPEG, dan TIFF. Sedangkan untuk format data yang dapat diexsport dari Cyclone antara lain; COE, data ASCII (XYZ, PTS, SVY, PTX, TXT), BMP, JPEG, dan TIFF (Kholiq, 2006).
33
