Lighting

 

Tujuan pencahayaan dalam grafika komputer adalah untuk menghasilkan tampilan senyata mungkin Model dari pencahayaan, dipakai untuk menghitung intensitas dari cahaya yang terlihat dari setiap posisi pada setiap permukaan benda yang terlihat oleh kamera. Ketika melihat sebuah benda, terlihat cahaya yang dipantulkan dari permukaan benda, dimana cahaya ini merupakan intregrasi dari sumber-sumber cahaya serta cahaya yang berasal dari pantulan cahaya permukaan-permukaan yang lain. Karena itu benda-benda yang tidak langsung menerima cahaya dari sumber cahaya, masih mungkin terlihat bila menerima cahaya pantulan yang cukup dari benda didekatnya.

1. Model Pencahayaan Global

Model ini merupakan model matematika yang memperhitungkan pengaruh interaksi cahaya terhadap berbagai objek, seperti pantulan, serapan, penyebaran dan bayangan sebagai akibat cahaya yang dihalangi oleh objek tertentu. Model ini dikategorikan dalam 2 kelompok yaitu :

• Ray-tracing

Memodelkan cahaya yang menyebar ke berbagai arah dan kemudian menghitung kuat cahaya pada saat cahaya tersebut mengenai mata. Kuatnya cahaya yang diterima oleh mata ditentukan oleh permukaan benda tersebut.

• Radiocity

Sembarang permukaan benda yang tidak berwarna hitam diasumsikan menjadi sumber cahaya. Cahaya yang dikeluarkan oleh benda tersebut dipengaruhi oleh cahaya yang berasal dari sumber cahaya dan pantulan dari benda lain, dengan demikian setiap benda dipengaruhi oleh benda lain. Sering timbul masalah bagaimana menentukan warna benda yang dipengaruhi oleh warna benda lain yang juga ditentukan oleh benda lain dan kapan perhitungan tersebut dihentikan. Model ini membutuhkan waktu yang lama dan daya yang besar.

1. Model Pencahayaan Lokal

Model ini membutuhkan :

• Sifat materi penyusun benda
• Sumber cahaya
• Geometri permukaan benda
• Posisi benda

Model sederhana dari sumber cahaya adalah sebuah titik sumber, dimana dari titik ini cahaya dipancarkan. Perhitungan pencahayaan bergantung pada sifat dari permukaan yang terkena cahaya, kondisi dari cahaya latar serta spesifikasi sumber cahaya.
Tanpa adanya cahaya kita bagai berada di ruang yang gelap gulita tanpa dapat melihat apapun juga. Apa yang kita lihat pada benda adalah akibat dari pantulan cahaya ke benda tersebut yang kita tangkap dengan mata.

Dalam proses rendering , lighting dipengaruhi oleh factor-faktor sebagai berikut :

1. jarak objek dengan sumber cahaya,
2. posisi objek,
3. bentuk permukaan objek.

DASAR-DASAR LIGHTING

1. Model Bayangan

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. Terdapat dua cara pemberian bayangan pada proses rendering :

1. Bayangan rata (flat shading)

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.

1. Bayangan Halus (smooth shading)

Cara ini mengijinkan kita untuk membuat perubahan setahap demi setahap dalam pemberian bayangan pada sebuahnpermukaan. Cara ini juga mengijinkan pemberian bayangan pada satu muka lebih pudar dibandingkan muka yang lain. Ini akan menghasilkan permukaan yang lebih halus.

Bayangan tinbul 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.

1. Sifat Dasar Cahaya
   1. Cahaya dapat menembus

Cahaya dapat menembus bahan-bahan yang tidak padat seperti kain, kertas kalkir dan kaca sehingga kualitas kerasnya cahaya dapat dibuat lunak atau soft.

1. Cahaya dapat difokuskan

Cahaya dapat kita salurkan kearah mana kita kehendaki, dia dapat dikumpulkan dan difokuskan agar kuantitasnya lebih besar lagi. Sebagai contoh adalah sinar Matahari yang difokuskan oleh surya kanta atau kaca pembesar.

1. Cahaya dapat di pantulkan

Cahaya itu dapat pula kita belokan atau kita pantulkan dengan benda yang mempunya daya pantul yang tinggi seperti cermin, styrofoam, kertas perak dll yang lazim kita sebut dengan reflektor untuk menyinari bagian-bagian yang gelap.

1. Cahaya mempunyai warna

Semua sumber cahaya mempunyai warna atau umumnya kita sebut dengan suhu warna dalam hitungan derajat Kelvin dan dapat diukur dengan Kelvin Meter / Color Meter.

1. Sumber Cahaya

Sumber cahaya pada grafika 3D merupakan sebuah objek yang penting, karena dengan cahaya ini sebuah world dapat terlihat dan dapat dilakukan proses rendering. Sumber cahaya ini juga membuat sebuah world menjadi lebih realistis dengan adanya bayangan dari objek-objek 3D yang ada.

Semua sumber cahaya dimodelkan sebagai sumber titik yang dispesifikasikan dengan :

• Lokasi : Lokasi (x,y,z) dari sebuah sumber cahaya akan menentukan pengaruhnya terhadap sebuah objek.
• Intensitas : Intensitas cahaya menyatakan kekuatan cahaya yang dipancarkan oleh sebuah sumber cahaya. Parameter ini merupakan angka, yang biasanya makin besar nilainya, makin terang sumber cahaya tersebut.
• Warna : Warna cahaya dari sumber ini akan mempengaruhi warna dari sebuah objek, jadi selain warna objek tersebut warna cahaya yang jatuh pada objek tersebut akan mempengaruhi warna pada rendering. Warna cahaya ini biasanya terdiri dari 3 warna dasar grafika komputer, yaitu: merah, hijau, biru atau lebih dikenal dengan RGB.

 

1. Model Sumber Cahaya

Sebuah sumber cahaya memiliki jenis. Pada grafika 3D dikenal beberapa macam sumber cahaya, yaitu :

• Cahaya Ambient/Lingkungan

Cahaya ini diterima dengan intensitas yang sama oleh setiap permukaan benda. Cahaya lingkungan tersebut dimodelkan mengikuti apa yang terjadi di alam, dimana dalam keadaan tanpa sumber cahaya sekalipun, benda masih dapat dilihat. Cahaya ini berasal dari semua benda yang memantulkan cahaya walaupun hanya sedikit, tidak mamiliki arah dan lokasi. Pengaruh cahaya lingkungan dirumuskan sebagai berikut :

I_ab = I_a r_a

• Direction Light

Energi dari sumber cahaya tersebut menyebar ke semua arah dengan kekuatan yang sama. Energy dari sumber cahaya ini sanagt kuat dan dapat menempuh jarak yang sangat jauh maka jarak dianggap tidak mempengaruhi kuat cahaya. Sontohnya matahari.

directional light dapat bermakna memancarkan cahaya dengan intensitas sama ke suatu arah tertentu. Letak tidak mempengaruhi intensitas cahayanya. Tipe ini dapat menimbulkan efek seolah-olah sumber cahaya berada sangat jauh dari objek. Arah dari permukaan ke sumber cahaya adalah penting dalam pencahayaan permukaan.

• Position Light

Model ini memiliki sifat di mana energi dari sumber cahaya tersebut akan melemah sebanding dengan jarak dan sudut terhadap sumber cahaya. Melemahnya kekuatan cahaya karena pengaruh jarak disebut sebagai attenuation. Apabila cahaya yang keluar dari sumber cahaya positional dibatasi sudut penyebarannya, maka kita akan memperoleh efek lampu sorot.

 

• Point light

Sumber cahaya ini mempunyai lokasi dan arah. Jarak antara sumber cahaya terhadap benda akan berpengaruh terhadap kekuatan cahaya yang diterima oleh benda. Memancar ke segala arah, namun intensitas cahaya yang diterima objek bergantung dari posisi sumber cahaya. Tipe ini mirip seperti lampu pijar dalam dunia nyata. Arah ke cahaya dari suatu titik pada permukaan berbeda untuk titik yang berbeda.

• Spotlight

Memancarkan cahaya ke daerah tertentu dalam bentuk kerucut. Sumber cahaya terletak pada puncak kerucut. Hanya objek-objek yang terletak pada daerah kerucut tersebut yang akan nampak.

 

• Area light

Area Light Source, menentukan permukaan yang memancarkan 2-D (biasanya disk atau poligon). Contoh : panel lampu neon. Sumber cahaya ini ,mampu menghasilkan bayangan lembut.

 

 

Hukum Cosinus Lambert/ difusi

Refleksi permukaan difusi yang Ideal menurut hukum Cosinus Lambert :

Energi yang tercermin oleh sebagian kecil dari permukaan dari sumber cahaya dalam arah tertentu adalah sebanding dengan cosinus sudut antara arah tersebut dan permukaan normal.

Ini sering disebut Lambertian surfaces. Perhatikan bahwa intensitas tercermin tidak tergantung pada arah melihat, namun tidak tergantung pada orientasi permukaan berkenaan dengan sumber cahaya.

Pantulan Diffuse

Diffuse merupakan sifat permukaan di mana cahaya yang datang dipantulkan ke segala arah, benda-benda yang bersifat diffuse misalnya kayu, batu, kertas. Karena cahaya dipantulkan ke segala arah, maka permukaan benda terlihat kasar.

Misalnya ada sejumlah cahaya menimpa permukaan P. Sebagian dari cahaya tersebut disebarkan ke semua arah dan sebagian menuju ke mata dengan kekuatan cahaya I_d. Mengingat bahwa cahaya disebarkan ke semua arah, maka orientasi permukaan P terhadap mata tidak terlalu penting, sehingga I_d tidak tergantung pada sudut antara vektor v dengan n tetapi pada vektor n dan s.

Pantulan Specular

Meskipun cahaya dipantulkan ke berbagai arah, tetapi ada beberapa benda yang memantulkan cahaya lebih banyak pada arah tertentu, misalnya cermin, plastic. Kekuatan cahaya pada arah tertentu dibandingkan dengan arah lain, membuat kita memperoleh kesan bercahaya (highlight).

Phong Lighting

Phong merupakan model  standar yang digunakan untuk menyatakan optical view pada grafika komputer. Model Phong dinyatakan dengan :

            Istilah n_shiny adalah murni empiris konstan yang bervariasi tingkat jatuhnya.

            Diagram ini menunjukkan bagaimana istilah reflektansi Phong terbagi dengan perbedaan dari sudut pandang dari refleksi cahaya yang ideal :

 

Gambaran pada Lighting

 

Sintaks fungsi init pada light :

 

Fungsi di atas adalah fungsi inisialisasi untuk pencahayaan dimana efek pencahayaan bersifat menyeluruh dan menyebabkan semua obyek memiliki warna serupa. Agar warna tiap obyek 3d berbeda dengan efek pencahayaan yang aktif maka fungsi dasarnya pada inisialisasi adalah :

glColorMaterial(GLenum face,Glenum mode);

Fungsi di atas dapat diaktifkan setelah glEnable(GL_COLOR_MATERIAL). Parameter face adalah variabel untuk menentukan bagaimana material warna obyek 3D ditampilkan, pilihannya antara lain GL_FRONT atau GL_BACK,  Sedangkan parameter mode adalah variabel untuk memilih material warna jenis apa yang diaktifkan pilihannya antara :

 

Daftar rujukan

–       http://sumarna.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/31669/6.+Pencahayaan.ppt

–       http://blog.um.ac.id/binadari/2011/12/10/lighting-grafika-komputer/

–       http://blog.um.ac.id/shofiyahalidrus/teknik-informatika/grafika-komputer/lighting/