TSUNAMI AUGMENTED REALITY : INTERAKSI BERBASIS MARKER SEBAGAI POINTER
TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung
Oleh
IWAN KUSTIAWAN NIM : 23206320 Program Studi Teknik Elektro
SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
TSUNAMI AUGMENTED REALITY : INTERAKSI BERBASIS MARKER SEBAGAI POINTER
Oleh Iwan Kustiawan
Bandung, ........................
Menyetujui Pembimbing I,
Dr. Ir. Arief Syaichu Rohman
Pembimbing II,
Dr. Ir. Aciek Ida W.D., MT.
ABSTRAK
TSUNAMI AUGMENTED REALITY : INTERAKSI BERBASIS MARKER SEBAGAI POINTER
Oleh
Iwan Kustiawan NIM : 23206320 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
Fenomena alam seperti tsunami dapat divisualisasikan secara interaktif sebagai sebuah game berbasis augmented reality (AR). Augmented Reality adalah bidang penelitian komputer yang menempatkan obyek virtual ke dalam dunia nyata. ARToolKit adalah library perangkat lunak yang dapat digunakan untuk mengembangkan aplikasi AR. Interaksi pengguna dengan marker digunakan untuk mengubah atribut suatu obyek virtual. Terdapat sejumlah metoda interaksi pengguna dengan marker yaitu melalui teknik array marker, sistem menu, dan marker sebagai switch toggle. Sedangkan teknik untuk melakukan seleksi dan manipulasi terhadap obyek virtual 3D dapat dilakukan dengan magic pen, central pointing device, atau marker sebagai pointer. Pada tesis ini dilakukan pengembangan beragam metafora interaksi fisik seperti grabbing, moving, dan dropping obyek secara alami dan intuitif menggunakan marker sebagai pointer. Selain itu, pengujian pada penggunaan teknik interaksi seleksi dan manipulasi dalam sistem berbasis AR juga dilakukan. Hasil pengujian usability terhadap sistem ini menunjukkan bahwa penggunaan marker sebagai pointer pada sistem AR tsunami memberikan kemudahan kepada pengguna untuk melakukan interaksi secara alami dan intuitif. Masalah-masalah yang teridentifikasi dari hasil pengujian usability memerlukan rekomendasi untuk perbaikan perancangan antarmuka berikutnya. Kata kunci : augmented reality, marker, pointer, seleksi dan manipulasi, pengujian usability.
i
ABSTRACT
TSUNAMI AUGMENTED REALITY : INTERACTION BASED ON MARKER AS A POINTER
By
Iwan Kustiawan NIM : 23206320 ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
Natural phenomenon such as tsunami can be interactively visualized as a game based on augmented reality (AR). Augmented reality is a field of computer research which overlays virtual objects on the real world. ARToolKit is a software library that is usually used to develop AR applications. User interaction with fiduciary marker is used to change attribute of virtual objects. There are several user interaction methods with fiduciary marker, namely array marker, menu system, and marker as a switch toggle. Meanwhile, technique for doing selection and manipulation of 3D virtual objects can be done with magic pen, central pointing device, or marker as a pointer. In this thesis, the development of various physical interactions such as grabbing, moving, and dropping of objects with natural and intuitive using marker as a pointer is done. In addition, user usability test on the use of interaction techniques for selection and manipulation in this AR system is done as well. The usability test results show that the use of marker as a pointer on tsunami AR system gives the user an ease of having natural and intuitive interaction. The identified problems obtained from usability test need recommendation to improve future interface design. Keywords : augmented reality, marker, pointer, selection and manipulation, usability test.
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS
Tesis S2 yang tidak dipublikasikan, terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
Perpustakaan yang meminjam tesis ini untuk keperluan anggotanya harus mengisi nama dan tanda tangan peminjam dan tanggal pinjam.
iii
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK
.............................................................................................................
i
ABSTRACT ............................................................................................................
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS .....................................................................
iii
KATA PENGANTAR ............................................................................................
iv
DAFTAR ISI ............................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................
viii
DAFTAR SINGKATAN ..........................................................................................
x
BAB I. PENDAHULUAN ....................................................................................
1
1.1 Latar Belakang Masalah ... ......................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................................
3
1.3 Tujuan Penelitian .....................................................................................
3
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ......................................................................................
3
1.6 Metodologi Penelitian .............................................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan ...............................................................................
4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ..............................................................................
6
2.1 Sistem Augmented Reality (AR) ..............................................................
6
2.2 Marker-based AR .....................................................................................
11
2.3 ARToolKit .................................................................................................
11
2.3.1 Sistem Koordinat ....................................................................................
13
2.3.2 Prinsip Dasar ARToolKit .......................................................................
13
2.3.3 Deteksi Marker pada ARToolKitPlus ....................................................
14
2.3.4 Deteksi Border Outline ..........................................................................
15
2.4 Interaksi AR .............................................................................................
16
2.4.1 Rancangan Interaksi pada AR ...............................................................
17
2.4.2 Penggunaan Fiducial Marker ................................................................
19
2.4.3 Switching Atribut menggunakan Fiducial Marker ...............................
20
v
Halaman BAB III. PERANCANGAN INTERAKSI ...............................................................
23
3.1 Interaksi User .........................................................................................
23
3.2 Penyajian Informasi ................................................................................
24
3.3 Teknik Interaksi ......................................................................................
25
3.4 Skenario Interaksi ...................................................................................
26
3.5 Metoda Perancangan ...............................................................................
27
3.6 Strategi Perancangan …………………………………………………
28
3.7 Skenario Game …………………………………………………………
29
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS ...............................................................
35
4.1 Pengujian antarmuka AR tangible ………………………………………
35
4.2 Rancangan Pengujian ……………………………………………………
37
4.2.1 Lingkungan AR ………………………………………………………..
39
4.2.2 Seleksi dan Manipulasi Obyek ………………………………………..
40
4.2.3 Pengujian akhir …………………………………………………………
41
4.3 Hasil ……………………………………………………………………… 42 4.3.1 Lingkungan AR ……………………………………………………….
42
4.3.2 Seleksi dan Manipulasi Obyek ………………………………………..
44
4.3.3 Hal-hal Umum .......……………………………………………………
48
4.3.4 Tanggapan keseluruhan ……………………………………………….
50
4.4 Pembahasan ..............................................................................................
51
4.4.1 Lingkungan AR .....................................................................................
51
4.4.2 Seleksi dan Manipulasi Obyek ..............................................................
52
4.4.3 Hal-hal Umum .....................................................................................
53
4.4.4 Tanggapan keseluruhan .........................................................................
54
vi
Halaman BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................
55
5.1 Kesimpulan ..............................................................................................
55
5.2 Saran .........................................................................................................
55
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................
vii
57
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gmb 2.1 Contoh sistem AR ...........................……………………………………….
6
Gmb 2.2 Diagram konsep optical see-through HMD ………………………………
7
Gmb 2.3 Dua optical see-through HMD ……………………………………...……...
7
Gmb 2.4 Diagram konsep video see-through HMD …………………………… .......
8
Gmb 2.5 Aktual dari video see-through HMD ……………………………………...... 8 Gmb 2.6 AR untuk penyiaran peristiwa olahraga …………………………………… 10 Gmb 2.7 Contoh marker ……………………………………………………………… 13 Gmb 2.8 Sistem koordinat pada ARToolKit ................................................................. 13 Gmb 2.9 Skema prinsip kerja ARToolKit .................................................................... 14 Gmb 2.10 Deteksi marker pada ARToolKit Plus ......................................................... 15 Gmb 2.11 Gambar hitam putih yang telah diinversi untuk deteksi tepian marker ....... 16 Gmb 2.12 Taksonomi seleksi manipulasi pada teknik interaksi .................................. 19 Gmb 2.13 Fiducial marker dengan tiga tahapan komputasi ....................................... 20 Gmb 2.14 Array marker ……………………………………………………………… 21 Gmb 2.15 Sistem menu ………………………………………………………………. 21 Gmb 2.16 Switch toggle ……………………………………………………………… 22 Gmb 3.1 Contoh marker sebagai pointer …………………………………………….. 25 Gmb 3.2 Alat interaksi marker sebagai pointer ........................................................... 26 Gmb 3.3 Rancangan tampilan menu ............................................................................. 27 Gmb 3.4 Skema game flow …………………………………………………………… 30 Gmb 3.5 Screen flow ....................................................................................................
31
Gmb 3.6 Main menu screen .......................................................................................... 31 Gmb 3.7 Rancangan visualiasasi 2D lansekap pantai .................................................. 34 Gmb 4.1 Grafik hasil kuesioner item 1 sampai dengan item 3 ...................................... 43 Gmb 4.2 Tampilan tombol virtual menu game dan alat interaksi ................................. 43 Gmb 4.3 Tampilan obyek mobil dan gedung serta alat interaksi .................................. 44 Gmb 4.4 Pengguna melakukan grabbing terhadap obyek gedung yang diperbesar ..... 44 Gmb 4.5 Pengguna melakukan grabbing terhadap obyek mobil yang diperbesar ........ 45
viii
Halaman Gmb 4.6 Pengguna memindahkan obyek gedung yang nempel pada marker interaksi 45 Gmb 4.7 Pengguna memindahkan obyek mobil yang nempel pada marker interaksi 45 Gmb 4.8 Pengguna menaruh (dropping) obyek gedung di posisi baru dengan cara memiringkan alat interaksi .......................................................................... 46 Gmb 4.9 Pengguna menaruh (dropping) obyek mobil di posisi baru dengan cara memiringkan alat interaksi .......................................................................... 46 Gmb 4.10 Grafik hasil kuesioner item 4 sampai dengan item 8 .................................. 48 Gmb 4.11 Grafik hasil kuesioner item 9 sampai dengan item 13 ................................. 50 Gmb 4.12 Grafik hasil kuesioner item 14 sampai dengan item 15 ............................... 51
ix
DAFTAR SINGKATAN Pemakaian pertama kali pada halaman
SINGKATAN
Nama
AR
Augmented Reality
AVG
Average
42
HMD
Head Mounted Display
1
LED
Light Emitting Dioda
18
STDEV
Standard Deviation
42
VR
Virtual Reality
1
3D
3 Dimensi
1
i
x
