## VISUALISASI GRAFIK TIGA DIMENSI (3D) UNTUK INFORMASI PADA SIMULASI ALIRAN AIR BERDASARKAN PERHITUNGAN METODE SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS (SPH)
Iza Zayynul Ahyar 1
Adang Suhendra 2
1,2 Fakultas Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi, Universitas Gunadarma,
1 izazayynulahyar@gmail.com
2 adang@staff.gunadarma.ac.id

## Abstrak
Simulasi  digunakan  untuk  memecahkan  atau  menguraikan  persoalan-persoalan  dalam kehidupan  nyata  yang  penuh  dengan  ketidakpastian  menggunakan  model  tertentu  untuk mendapatkan  solusi.  Sistem  informasi  geografis  bisa  membantu  perencana  untuk menghitung waktu tanggap darurat saat terjadi bencana alam secara cepat. Bencana alam dimodelkan  dengan  mengetahui  parameter  yang  mempengaruhi  fenomena  alam  seperti banjir,  bahkan  terjadi  cukup  merata  di  beberapa  daerah.  Salah  satu  metode  numerik digunakan dalam bidang dinamika fluida adalah Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Data  hasil  dari  simulasi  yang  diperoleh  berupa  parameter-parameter  yang  dapat direpresentasikan  pada  visualualisasi.  Perangkat  lunak  pengolah  grafik  tiga  dimensi  (3D) yang  dibutuhkan  untuk  membangun  visualisasi  adalah  VGA  (Video  Graphics  Accelerator) yang berfungsi untuk menerjemahkan data ke dalam output layar monitor. Visualisasi grafik tiga dimensi (3D) dibuat untuk informasi pada simulasi aliran air berdasarkan perhitungan mretode  SPH  dengan  membangkitkan  dari  data  simulasi  secara  real  time.  Hasil  dari perhitungan  simulasi  dinamika  fluida  dengan  curah  hujan  0.0130  m/jam  pada  tanggal  16- 07-2016,  kecepatan  28487.17  m/jam  dan  volume  setelah  aliran  air  selama  6  jam  sehingga akan menghasilkan 1940000 m 3 . Jumlah volume direpresentasikan pada paertikel menjadi 50000 partikel, satu partikel akan menyimpan sebesar 38.8 m 3 menghasilkan waktu tanggap sampai terjadinya banjir yaitu 3.36 jam.
Kata kunci: Visualisasi, Grafik Tiga Dimensi (3D), Informasi, Simulasi, Aliran Air, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

## THREE DIMENSION (3D) GRAPHIC VISUALIZATION FOR WATER FLOW SIMULATION INFORMATION BASED ON
SMOOTHED PARTICLE HYDRODYNAMICS (SPH) CALCULATION

## METHOD

## Abstract
Simulation  is  use  for  solving  real  life  issues  that  full  of  uncertainties,  by  using  a  specific model  it  can  help  us  to  gain  a  solution.  Geographic  Information  System  helps  is  able  to calculate  the  time  for  emergency  response  quickly  when  natural  disasters  happens.  By knowing the parameters that influenced the natural disasters, natural disasters such as flood is  being  modulate.  One  of  numeric  method  in  fluid  dynamics  is  Smoothed  Particle Hydrodynamics  (SPH).  The  result  from  this  simulation  is  parameters  that  can  be  presents visually. Graphic processor software for three dimensions (3D) visualization is VGA (Video Graphic Accelerator), it enable the data to be an output into the monitor screen. The three
dimensions (3D) graphic visualization made for informing the water flow simulation is base on the calculation using SPH method, by generating simulation data in real time. The result of  fluid  dynamics  simulations  calculation  for  0.0130  m/h  rainfall  on  16-07-2016,  speed 28487.17  m/h  and  volume  after  6  hours  water  flow,  it  will  produce  1.94  million  m 3 .  The volume  quantity  when  it  presented  as  particles,  becomes  50000  particles,  each  particle consist 38.8 m 3 , providing response time 3.36 hours before the flood happens.
Keywords: Visualization, Three Dimensional Graphics (3D), Information, Simulation, Water Flow, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)

## PENDAHULUAN
Teknologi  yang  terus  berkem- bang  dengan  cepat  mempengaruhi beberapa permasalahan di sekitar men- jadi  terkomputerisasi  dengan  tujuan lebih  efektif.  Simulasi  yang  me- manfaatkan  teknologi  sebagai  suatu sistem  yang  digunakan  untuk  meme- cahkan  atau  menguraikan  persoalan- persoalan dalam kehidupan nyata yang penuh  dengan  ketidakpastian  meng- gunakan  model  tertentu  untuk  men- dapatkan solusi.
Sistem  informasi  geografis  bisa membantu  perencana  untuk  secara  ce- pat menghitung waktu tanggap darurat saat  terjadi  bencana  alam  dimodelkan dengan  mengetahui  parameter  yang mempengaruhi  fenomena  tersebut.  Sa- lah  satu  fenomena  alam  yang  paling berpotensi  terjadi  di  Indonesia  adalah banjir,  bahkan  terjadi  cukup  merata  di beberapa  daerah  [1].  Sistem  informasi georgrafis  tentang  fenomena  alam memanfaatkan  perkembangan  tekno- logi  dengan  simulasi  sebagai  pe- mecahan  masalah.  Terjadinya  banjir karena  sumber-sumber  air  tidak  dapat lagi menampung banyaknya air sehingga  air  meluap  melewati  batas- batas  sumber  air.  Air  merupakan  zat fluida  karena  memiliki  sifat  tidak menolak  terhadap  perubahan  bentuk dan  kemampuan  untuk  mengalir  [2]. Salah  satu  metode  numerik  digunakan dalam  bidang  dinamika  fluida  adalah
Smoothed  Particle  Hydrodynamics (SPH) [3].
Data  hasil  dari  simulasi  yang diperoleh  berupa  parameter-parameter dapat  direpresentasikan  pada  visua- lisasi.  Visualisasi  tiga  dimensi  (3D) merupakan tampilan visual lebih realis dan  dapat  diberikan  cerita  sesuai dengan  tiruan  benda  nyata  berupa animasi  yang  menceritakan  proses kerja  [4].  Perangkat  lunak  pengolah grafik  tiga  dimensi  (3D)  yang  di- butuhkan  untuk  membangun  visua- lisasi  adalah video accelerator atau sering  disebut  dengan  VGA  ( Video Graphics  Accelerator )  yang  berfungsi untuk  menerjemahkan  data  ke  dalam output layar monitor.
Salah  satu tools aplikasi  yang banyak  di  gunakan  untuk  mena- mpilkan hasil visualisasi bergerak pada kategori Low-Level grafik  3D  yaitu OpenGL  yang  akan  mengerjakan  pro- ses  data  menjadi  visual  secara real time dengan melakukan rendering data objek-objek  dua  dimensi  dan  tiga dimensi  berupa  susunan vertex atau pixel ke  dalam frame  buffer [5] . OpenGL  juga  merupakan Application Programming  Interface (API) yaitu sekumpulan  perintah,  fungsi,  serta protokol  yang  dapat  digunakan  oleh programmer saat  membangun  pe- rangkat lunak,  memungkinkan pro- grammer untuk  menggunakan  fungsi standar  agar  dapat  berinteraksi  dengan sistem  operasi  [6].  Metoda Smoothed Particle  Hydrodynamics (SPH)  dapat
diimplementasikan  untuk  simulasi  ali- ran lava [7].
Berdasarkan literatur diatas maka pada  skripsi  ini  dibuat  visualisasi grafik tiga dimensi (3D) pada simulasi aliran  air  berdasarkan  perhitungan Metode Smoothed Particle  Hydro- dinamycs (SPH).  Penelitian  ini  telah mendapatkan perhitungan numerik dari penelitian  sebelumnya  terkait  nilai debit menggunakan algoritma Smoothed  Particle  Hydrodinamycs. Pada  penelitian  ini dilakukan  pem- bangkitan  hasil  perhitungan  simulasi menjadi visualisasi grafik tiga dimensi (3D) aliran air secara real time.

## METODE PENELITIAN
Ada  beberapa  tahapan  penelitian yang  dilalui  dalam  pembuatan  visua- lisasi  ini.  Tahapan  yang  pertama  yaitu memahami  dasar  teori  dengam  mem- baca  buku,  jurnal  terkait  yang  dapat menjadi  acuan  dasar  dalam  mem- bangun  visualisasi  tiga  dimensi  (3D) pada  simulasi  aliran  air.  Tahap  kedua adalah  tahap  menspesifikasikan  ke- butuhan visualisasi grafik tiga dimensi (3D)  pada  simulasi  aliran  air  yaitu kebutuhan data yang dibutuhkan untuk meng-generate  data  simulasi  menjadi visualisasi  tiga  dimensi  (3D).  Tahap selanjutnya  adalah  tahap  ketiga  yaitu perancangan,  dimulai  dengan  pe- rancangan  visualisasi  pada  proses pengolahan  data  serta  hubungan  antar peralatan,  perancangan environtment mapping untuk  merefleksikan  ling- kungan,  perancangan  model terrain tiga  dimensi  (3D)  yang  terhubung dengan visualisasi aliran air dan peran- cangan  visualisai  grafik  tiga  dimensi (3D)  pada  simulasi  aliran  air  ber- dasarkan perhitungan metode Smoothed  Particle Hydrodynamics (SPH). Tahapan keempat adalah tahapan  dalam  proses  pembuatan  dari
tahapan  sebelumnya  tahapan  peran- cangan.  Tahap  terakhir  adalah  imple- mentasi  dan  pengujian  visualisasi  tiga dimensi  (3D)  dengan  melakukan  uji coba  apakah  visualisasi  sudah  sesuai dengan  tujuan  yang  diharapkan  atau tidak.

## Tahap Analisis
Bagian  ini  merupakan  identi- fikasi  masalah  yaitu  cara  meng- generate  hasil  dari  perhitungan  simu- lasi  sehingga  menghasilkan  grafik  tiga dimensi  (3D).  Tahap  analisis  dalam penelitian  ini  adalah  analisis  kebu- tuhan data.
Visualisasi  grafik  tiga  dimensi (3D)  pada  simulasi  aliran  air  ber- dasarkan perhitungan Metode Smoothed  Particle  Hydrodinamycs (SPH).  Pada  visualisasi dibuatlah environment  mapping agar  dapat  me- refleksikan  lingkungan  sekitar  dan model terrain tiga  dimensi  (3D)  yang terhubung dengan  alirain  air.  Data yang  dibutuhkan  pada  visualisasi  ini adalah  data  berupa  kecepatan  alir  air, debit dan ketinggian terrain .

## Tahap Perancangan
Tahap  perancangan  merupakan tahapan sebelum visualisasi grafik tiga dimensi  (3D)  pada  simulasi  aliran  air dibuat.  Bagian  pertama  adalah  peran- cangan  visualisasi  grafik  tiga  dimensi (3D) pada proses pengolahan data serta hubungan  antar  peralatan  yaitu  men- ceritakan  visualisasi  interaksi  dengan data  hasil  dari  simulasi.  Bagian  kedua membangun Environment mapping untuk  merefleksikan  lingkungan seki- tar  pada  visualisasi  tiga  dimensi  (3D) pada  visualisasi  aliran  air.  Bagian ketiga  adalah  perancangan  model terrain tiga  dimensi  (3D)  yang  ter- hubung  dengan  visualisasi  aliran  air. Bagian  terakhir  adalah  perancangan membuat  visualisasi  grafik  tiga  di-
mensi  (3D)  untuk  informasi  pada simulasi  aliran  air  berdasarkan  per- hitungan  metode Smoothed Particle
Hydrodynamics (SPH). Perancangan Visualisasi pada Proses Pengolahan Data Serta Hubungan Antar Peralatan
Perancangan  Visualisasi  grafik tiga  dimensi  (3D)  pada  proses  pengo- lahan  data  serta  hubungan  antar peralatan  dirancang  dengan flowchart pada  bagian flowchart sistem.  Pada Gambar  1  berikut,  ditunjukkan  diag- ram  alur  untuk  perancangan  system visualisasi real time.
Gambar 1. Sistem visualisasi real time .
Perancangan Environtment Mapping dengan Teknik Cube Mapping
Environment  Mapping adalah teknik untuk  mensimulasikan  sebuah objek  agar  dapat  merefleksikan  ling- kungan  sekitarnya  [4].  Cube  mapping metode environment  mapping merep- resentasikan lingkungan sekitarnya de- ngan  cara  menempelkan  enam  buah gambar  yang  berbeda  di  keenam  sisi objek.  Hal  ini  membuat  objek  seolah memiliki enam sisi pantul, yaitu depan, belakang, kanan, kiri, atas, dan bawah.
Pada  visualisasi  grafik  tiga dimensi (3D) simulasi aliran air texture untuk environtment  mapping meng- gunakan vue sky dengan menyesuaikan kejadian  pada  saat  terjadi  hujan  awan akan terlihat gelap.
Perancangan  Model Terrain tiga dimensi (3D) Dalam perancangan model terrain tiga  dimensi  (3D)  pada  visua- lisasi  penulis  menggambar  vertex- vertex  dengan  mengatur  kondisi  ba- tasan  pada  setiap  partikel,  masing- masing  partikel  mengalami  tumbukan yang  sempurna  dengan  sebuah  batas dan memantul yang dinamakan dengan kondisi batas refleksi sempurna. Langkah-langkah  untuk  model terrain tiga  dimensi  (3D)  dengan membuat vertex-vertex mengatur boundary pada bagian setiap sisi saling terhubung. Berikut merupakan langkah dalam  pembuatan  vertex  langsung pada lingkungan 3D : 1. Model terrain 3D  yang  menjadi surface  pada  bagian  kanan  yang dibuat  terlihat  adanya  permukaan yang  berbeda  agar  fluida  dapat terlihat mengalir. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2 berikut ini.

## Gambar 2. Model Terrain pada Sebelah Kanan
2. Menambahkan  vertex  pada  bagian depan  surface.  Gambar  3  menun- jukkan tampilan terrain pada sebelah depan.
Gambar 3. Model Terrain pada Sebelah Depan
3. Selanjutnya  adalah  vertex  untuk
terrain pada  bagian  belakang  yang tidak  jauh  beda  dengan  vertex selanjutnya untuk penyesuaian agar bisa  terhubung  dengan  terrain sebelah.  Pada  Gambar  4  ditun- jukkan tampilan model terrain pada sebelah belakang.
Gambar 4. Model Terrain pada Sebelah Belakang
4. Selanjutnya  adalah  vertex  untuk sebelah  kiri.  Gambar  5  berikut  ini merupakan  tampilan  untuk  vertex terrain sebelah kiri.
Gambar 5. Model Terrain pada Sebelah Kiri
5. Setelah  semua  vertex  tergabung maka  akan  tempak  seperti  terrain tanpa  texture.  Pada  Gambar  6 berikut  ditunjukkan  tampilan  mo- del  terrain  setelah  vertek  sebelah kanan,  sebelah  kiri,  sebelah  depan dan  sebelah  belakang  telah  di- gabungkan.

## Gambar 6. Model Terrain
Perancangan Visualisasi Grafik Tiga Dimensi (3D) Untuk Informasi pada Simulasi Aliran Air Berdasarkan Perhitungan Metode
Smoothed Particle Hydrodynamics
(SPH)
Pada  perancangan  visualisasi grafik  tiga  dimensi  (3D)  simulasi  ali- ran  air  berdasarkan  perhitungan  meto- de Smoothed Particle  hydrodynamics (SPH),  penulis menggabungkan Envi- rontment Mapping untuk meref- leksikan lingkungan sekitar dan model terrain  tiga  dimensi  (3D)  yang  secara langsung terhubung dengan visualisasi. Data perhitungan metode
Smoothed Particle  Hydrodynamics
(SPH)  yang  telah didapat  berupa kecepatan alir air, debit dan ketinggian terrain .  Visualisasi  ini  akan  menam- pilkan  pada  saat  terjadinya  hujan,  air menyentuh terrain yang  berikutnya akan  mengalir  ke  dataran  terendah. Ketinggian terrain pada  visualisasi grafik  tiga  dimensi (3D)  simulasi aliran air bersifat tetap dan tidak dapat dirubah,  untuk  kecepatan, time  step ,
volume,  debit  dan  jumlah  partikel  di- dapat dari hasil simulasi yang kemudian  di  generate  sehingga  meng- hasilkan viusalisasi grafik tiga dimensi (3D)  berdasarkan  perhitungan  metode Smoothed  Particle  Hydrodynamics (SPH). Posisi  partikel  diatur  sehingga visual  terlihat  seperti  air  hujan  yang selanjutnya  air  mengalir  pada terrain yang dibuat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Environtnment Mapping dengan Teknik Cube Mapping
Gambar 7. Environtnment Mapping
Pada  Gambar  7  ditunjukkan environment  mapping dengan  teknik cube mapping .
Model Terrain Tiga Dimensi (3D) Pada  saat  program  dijalankan penulis  menyatakan  bahwa  model terrain 3D  berhasil  dibuat.  Semua posisi titik kordinat terrain telah sesuai dengan  yang  diinginkan  berada  pada area  yang  benar  karena  setiap  sisi saling terhubung. Berikut adalah
gambar-gambar dari model terrain 3D.
Gambar 8. Model Terrain 3D(tampak dari depan)
Gambar 9. Model Terrain 3D (tampak dari belakang)
Visualisasi  Grafik  Tiga  Dimensi (3D) Untuk Informasi pada Simulasi Aliran Air Berdasarkan Perhitungan Metode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) Visualisasi  Grafik  Tiga  Di- mensi  (3D)  Untuk  Informasi  pada Simulasi  Aliran  Air  Berdasarkan  Per- hitungan  metode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)  berjalan  baik, air  bergerak  sesuai  data  kecepatan  alir dan  jumlah  debit  yang  telah  dihitung pada  simulasi  sebelumnya.  Informasi pada  data  simulasi  yang  digenerate adalah sebagai berikut
Gambar 10. Informasi Visualisasi Aliran Air
Penjelasan mengenai data simulasi  untuk  digenerate  pada  in- formasi  visualisasi  bahwa  data  di- peroleh di stasiun Jakarta pada tanggal 16-07-2016 bahwa curah hujan 0.0130 m/jam, time  step digunakan  untuk mendapatkan  nilai kecepatan  alir  pada bidang  datar  sebesar  0.50.  Kekuatan Integrasi  ini  berupa  kecepatan  yang didapatkan  dari  hasil  penjumlahan yang  melibatkan  semua  komponen yang  dilakukan  perhitungan.  Hasil  ini nantinya akan dipakai dalam menentukan  waktu  berapa  lama  yang dibutuhkan  air  meluap  dari  sungai yang  nantinya  akan  terjadi  banjir. Volume  adalah  nilai  dari  air  yang ketika setelah berlangsungnya alran air selama  6  jam  sehingga  akan  meng- hasilkan 1940000 m 3 . Debit air berasal dari perhitungan kecepatan yang sudah
diperoleh  dengan  luas  penampang sungai  sebesar  594963.50  m 3 /jam. Perhitungan  berikut  direp-resentasikan pada  partikel  simulasi  dengan  nilai jumlah  partikel  adalah  50000  partikel dengan  satu  partikel  akan  menyimpan sebesar 38.8 m 3 . Waktu tanggap adalah waktu  keda-tangan  sampai  terjadinya banjir yaitu 3.36 jam setelah terjadinya hujan.  Berikut  merupakan  gambar hasil  uji  coba  visualisasi  grafik  tiga dimensi  (3D)  untuk  informasi  pada simulasi aliran air berdasarkan
perhitungan metode Smoothed Particle
Hydro-dynamics (SPH).
Visualisasi  grafik  3D  untuk aliran air yang dilihat dari posisi depan ditunjukkan  pada  Gambar  11  berikut ini.  Aliran  air  berdasarkan  visualisasi grafik  3D  dilihat  dari  posisi  belakang ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 11. Visualisasi Grafik Tiga Dimensi (3D) Aliran Air Posisi Depan
Gambar 12. Visualisasi Grafik Tiga Dimensi (3D) Aliran Air Posisi Belakang
Gambar 13. Visualisasi Grafik Tiga Dimensi (3D) Aliran Air Posisi Kanan
Gambar 14.Visualisasi Grafik Tiga Dimensi (3D) Aliran Air Posisi Kiri
Pada  Gambar  13  ditunjukkan visualisasi grafik 3D aliran air yang di- lihat  dari  sebelah  kanan.  Aliran  air yang  terlihat  dari  posisi  sebelah  kiri berdasarkan  visualisasi  grafik  3D  di- tunjukkan pada Gambar 14.

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  berhasil  di- buat  visualisasi  grafik  tiga  dimensi (3D)  pada  simulasi  air  berdasarkan hasil  perhitungan  bidang  dinamika fluida  dengan  metode Smoothed  Par- ticle Hydrodynamics (SPH) .  Envi- rontment mapping untuk meref- leksikan  lingkungan  di  sekitar  visua- lisasi  dan terrain terhubung  dengan visualisasi  garfik  tiga  dimensi  (3D) aliran  air.  Hasil  perhitungan  bidang dinamika fluida dengan metode Smoothed  Particle Hydrodynamics
(SPH) digenerate pada OpenGL secara
real  time dengan  cara  melakukan
rendering data objek-objek dua dimensi  dan  tiga  dimensi  berupa susunan vertex  a tau pixel ke  dalam frame  buffer berhasil  dibuat  dan  ber- jalan sesuai dengan perancangan . Hasil dari  perhitungan  simulasi  dinamika fluida  dengan  curah  hujan  0.0130
m/jam pada tanggal 16-07-2016, kecepatan 28487.17 m/jam dan volume setelah  berlangsungnya  aliran  air selama  6  jam  sehingga  akan  mengha- silkan  1940000  m 3 .  Perhitungan  beri- kut  direpresentasikan  pada  partikel simulasi  dengan  nilai  jumlah  partikel adalah  50000  partikel  dengan  satu partikel  akan  menyimpan  sebesar  38.8 m 3 sehingga menghasilkan waktu tang- gap sampai terjadinya banjir yaitu 3.36 jam.
Untuk  pengembangan  visua- lisasi  grafik  tiga  dimensi  (3D)  pada simulasi air selanjutnya, terrai n dibuat secara  lebih  detail  dengan menye- suaikan geomerty sehingga  terlihat lebih nyata seperti pada kasus flooding simulation .  Penambahan  objek  pen- dukung  pada  visualisasi  seperti  objek model pohon tiga dimensi (3D).

## DAFTAR PUSTAKA
[1]     BMKG. 2016. Potensi banjir. http://www.bmkg.go.id/.
[2] Saripudin. A dan A. Suganda, D. Rustiawan. 2009. Praktis Belajar Fisika 1 . Pusat Perbukuan Departemen Nasional. [3] Chladek M. dan Durikovic. 2010.Smoothed particle hydrodynamics in flood simulations. Master’s thesis,Comenus University:
Bratislava.
[4] Tohir Ismail. 2012. Visualisasi tiga dimensi (3d) real time menggunakan opengl. Master’s thesis,  Sekolah  Tinggi
Manajemen Informatika dan Komputer. STMIK AMIKOM Yogyakarta 2010.
[5] Dian Pratiwi. 2015. Pemrograman Grafika Komputer Berbasis OpenGL . Nida Dwi Karya
Publishing.
[6] Erma Suryani. 2006. Pemodelan dan Simulasi . Graha Ilmu.
[7] Reza Alfian Firdiansyah. 2016. Algoritma Smoothed Particle Hydrodynamics Aliran Fluida Untuk Menghitung Debit Aliran Pada Simulasi Aliran Fluida. http://library.gunadarma.ac.id.