Abstrak —Sketsa  merupakan  sebuah  gambar  yang  dibuat kasar,  ringan,  dan  tidak  memiliki  banyak  detail.  Fokus  dari pembuatan  sketsa  adalah  penggambaran  bentuk  utama  obyek dan  pengarsiran  daerah  bayangan  obyek.  Pada  saat  melakukan penggambaran  sketsa,  penarikan  garis  penggambaran  satu dengan lain cenderung tidak sama.
Tugas  akhir  ini  mengimplementasikan  program shader sketsa arsiran untuk obyek 3D. Pada implementasi shader , terdapat dua teknik  yang  digunakan,  yaitu  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend dan  teknik Threshold  Scheme .  Kedua  teknik  ini  menggunakan Tonal  Art  Maps (TAM)  untuk  pembuatan  efek  arsiran. Perbedaannya  adalah  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend menggunakan  banyak  variasi  TAM  lalu  dilakukan  proses blending ,  sementara  teknik Threshold  Scheme menggunakan sebuah  TAM  yang  diberikan  ambang  batas  untuk  menempelkan efek arsiran pada obyek.
Program rendering sketsa  arsiran  pada  obyek  3D  telah  dapat diimplementasikan  menggunakan  teknologi Direct X  9.0  dan  IDE RenderMonkey 1.82. Kedua teknik dapat menghasilkan visualisasi sketsa arsiran pada obyek 3D. Teknik Single-Pass Six-Way Blend menghasilkan  visualisasi  arsiran  yang  lebih  tebal  dan  gelap dibandingkan  teknik Threshold  Scheme .  Berdasarkan  hasil pengujian  yang  melibatkan  sejumlah  responden  dengan menggunakan  kuesioner,  diperoleh  hasil  jika  teknik Single-Pass Six-Way  Blend dinilai  lebih  baik  dibandingkan  dengan  teknik Threshold Scheme .
Kata  Kunci — Non-photorealistic  Rendering,  Rendering Sketsa, Shader Programming, Tonal Art Maps .

## I. PENDAHULUAN
KETSA  merupakan  sebuah  gambar  yang  dibuat  kasar, ringan, dan tidak memiliki banyak detail. Fokus utama dari pembuatan  sketsa  adalah  penggambaran  bentuk  utama  obyek dan pengarsiran daerah bayangan obyek. Pada saat melakukan penggambaran  sketsa,  penarikan  garis  penggambaran  satu dengan  lain  cenderung  tidak  sama.  Selain  itu,  penarikan  garis arsiran sketsa bisa sejajar ataupun menumpuk bersilangan.
Di dalam grafika komputer, sketsa dapat digunakan sebagai sebuah  efek rendering terhadap  obyek  3D.  Pembuatan rendering efek  sketsa  pada  obyek  3D  menggunakan  konsep- konsep penggambaran sketsa pada dunia nyata [1]. Rendering efek sketsa pada obyek 3D dapat dibuat menggunakan shader tools yang dapat memberikan berbagai karakteristik obyek 3D seperti  pencahayaan,  pembentukan  bayangan,  dan  tekstur.
Salah  satu  metode  yang  dapat  digunakan  dalam  proses pembangkitan  sketsa  adalah  metode Tonal  Art  Maps (TAM) [2].  TAM  merupakan  satu  atau  kumpulan  beberapa  tekstur arsiran yang dikomputasikan sesuai dengan karakteristik obyek 3D untuk ditempelkan pada obyek 3D.
Pada  tugas  akhir  ini,  akan  dilakukan  pembuatan shader sketsa  arsiran  yang  memberikan  hasil  visualisasi  sketsa terhadap  masukan  obyek  3D  dengan  menggunakan  dua pendekatan  metode  TAM,  yaitu Single-Pass  Six-Way  Blend [2]  dan Threshold  Scheme [3]. Shader dibuat  secara  dinamis agar efek sketsa dapat dibuat secara real-time sehingga ketika posisi maupun lingkungan sekitar obyek 3D dirubah maka efek sketsa  akan  menyesuaikan  dengan  perubahan  tersebut  dan membentuk pola sketsa arsiran yang baru.

## II. METODE RENDERING SKETSA
Metode dalam pembuatan shader sketsa pada tugas akhir ini adalah Tonal  Art  Maps .  Pendekatan  metode  yang  digunakan ada  dua,  yaitu  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend dan  teknik Threshold Scheme . Dalam pembuatan shader digunakan vertex shader dan pixel shader . Pada vertex shader , kedua teknik ini memerlukan komputasi lingkungan  sekitar  obyek  3D  seperti  posisi  obyek,  posisi kamera,  dan  pencahayaan.  Hasil  dari  komputasi  lingkungan disekitar  obyek  3D  digunakan  untuk  melakukan mapping tekstur  arsiran  sebelum  ditempelkan  pada  obyek  3D.  Setelah komputasi  pada vertex shader selesai  dilakukan,  hasil  proses vertex shader dikirim  pada pixel shader untuk  dilakukan komputasi  lebih  lanjut.  Pada pixel shader ,  dilakukan komputasi  hasil vertex shader untuk  menempelkan  tekstur arsiran  pada  obyek  3D.  Setelah  itu,  program shader di render dan didapat hasil visualisasi sketsa arsiran pada obyek 3D.
A. Teknik Single-Pass Six-Way Blend
Pada  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend , Tonal  Art  Maps (TAM)  yang  digunakan  sebanyak  enam  tekstur  arsiran. Keenam  tekstur  ini  memiliki  perbedaan tone (gradasi  terang  / gelap warna setiap teksur) [4]. Masukan TAM akan digunakan pada proses penempelan tekstur hatching (arsiran). Proses dari teknik Single-Pass  Six-Way  Blend ditunjukkan  pada  Gambar 1.
Proses teknik ini dimulai dari masukan obyek 3D. Obyek ini

## Analisa Perbandingan Teknik

## Single-Pass Six- Way Blend dan Teknik Threshold Scheme Rendering Sketsa Pada Obyek Tiga Dimensi
Devanda S. Tamba, Wijayanti Nurul K., dan Rully Soelaiman Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : wijayanti@if.its.ac.id, rully@is.its.ac.id, devanda.tamba12@mhs.if.its.ac.id,
S
diproses  pada dua buah buffer , yaitu depth buffer dan normal buffer . Hasil proses buffer digunakan pada vertex shader . Pada vertex shader ,  proses  komputasi  normal  pada view  space , komputasi  transformasi  posisi,  dan  komputasi  pencahayaan pada view space bertujuan untuk memproses faktor lingkungan di sekitar obyek 3D. Hasil proses faktor lingkungan digunakan pada  proses  pembobotan  intensitas  cahaya.  Proses  ini bertujuan  melakukan mapping /  pengelompokkan tone setiap vertex obyek  3D.  Pembobotan  ini  menggunakan  prinsip kombinasi linear convex [2] seperti Persamaan 1.

## (1)
Nilai  dari weight /  bobot  pencahayaan  pada  setiap vertex terdiri dari weight x, weight y, dan weight z. Nilai dari ketiga weight ini dikomputasikan pada perhitungan intensitas cahaya obyek 3D yang dihitung menggunakan enam rentang intensitas cahaya  sesuai  dengan  karakteristik tone pada  setiap  tekstur arsiran. Sesuai dengan prinsip kombinasi linear convex , jumlah dari weight x, weight y, dan weight z pada setiap vertex harus menghasilkan jumlah bobot yang bernilai satu.
Pada pixel shader ,  proses  penempelan  tekstur hatching (arsiran)  menggunakan  masukan  TAM  disesuaikan  dengan hasil  mapping  dari  proses vertex shader .  Setelah  penempelan tesktur  pada  obyek  3D  selesai  kemudian  dilakukan  proses blending antar  tekstur  yang  telah  ditempelkan.  Terakhir, didapat hasil akhir visualisasi sketsa arsiran.
Gambar 1. Diagram Alur Proses Teknik Single-Pass Six-Way Blend

## B. Teknik Threshold Scheme
Pada  teknik Threshold  Scheme , Tonal  Art  Maps (TAM) yang  digunakan  sejumlah  satu  tekstur  arsiran.  Tekstur  ini diproses pada alpha level untuk diambil intensitas setiap garis arsiran pada tekstur [5]. Proses teknik ini memiliki garis besar yang  mirip  seperti  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend .  Proses teknik Threshold Scheme ditunjukkan pada Gambar 2.
Proses teknik ini dimulai dari masukan obyek 3D. Obyek ini diproses  pada dua buah buffer , yaitu depth buffer dan normal buffer . Hasil proses buffer digunakan pada vertex shader . Pada vertex shader ,  proses  komputasi  transformasi  posisi, komputasi  vektor  cahaya,  komputasi  vektor  posisi  pada  view space,  komputasi  transformasi  normal  pada  view  space,  dan
komputasi  arah  lihat  pada  view  space  memiliki  tujuan  yang sama  seperti  teknik  sebelumnya,  yaitu  meproses  faktor lingkungan  di  sekitar  obyek  3D.  Hasil  dari  proses  tersebut digunakan  pada  proses  komputasi  koordinat  tekstur  pada obyek  3D.  Proses  ini  bertujuan  untuk mapping  vertex yang disesuaikan  dengan  setiap  garis  arsiran  pada  satu  tekstur. Untuk  membuat  kesan  arsiran  yang  bersilangan  dapat dilakukan  translasi  maupun  rotasi  antar  garis  arsiran  dari  satu tekstur.
Pada pixel shader ,  proses  awal  yang  dilakukan  adalah komputasi vektor pantulan cahaya. Setelah itu, vektor pantulan cahaya  digunakan  dalam  komputasi ambient menggunakan Blinn-Phong .  Komputasi  ini  bertujuan  untuk  menghitung intensitas  cahaya  pada  obyek  3D.  Kemudian,  dilakukan penempelan  tekstur  arsiran  pada  obyek  3D  sesuai  dengan intensitas  cahaya  dan  perhitungan  koordinat  tekstur  pada proses vertex shader .  Terakhir,  didapat  hasil  akhir  visualisasi sketsa arsiran.
Gambar 2. Diagram Alur Proses Teknik Threshold Scheme

## III. UJI COBA DAN HASIL ANALISA

## A. Lingkungan Uji Coba
Uji  coba  dilakukan  menggunakan  perangkat  keras  Intel® Core™  i3-CPU  (3.07  GHz),  RAM  4.00  GB,  dan Graphic Card Intel®  HD Graphics .  Perangkat  lunak  yang  digunakan adalah Direct X  9.0c  SDK  dan  IDE RenderMonkey 1.82. Model obyek 3D yang digunakan adalah model teapot , model torus ,  model bunny ,  dan  model fist .  Model teapot ,  model torus ,  dan  model bunny tersedia  pada  IDE RenderMonkey . Model fist didapat  dari  NTU  3D  Model Database ver.1  [6]. Model  ini  di render pada  IDE RenderMonkey sehingga menampilkan visualisasi seperti gambar pada Lampiran.
Hasil visualisasi ini digunakan pada kuesioner untuk dinilai kualitas  arsiran  model  obyek  3D  yang  telah  dihasilkan. Kuesioner  ini  diberikan  kepada  sejumlah  responden  yang memiliki  latar  belakang  bidang  seni  /  desain  grafis  /  grafika komputer.  Responden  dapat  memberikan  nilai  dari  skala  1 (sangat buruk) sampai skala 5 (sangat baik).

## B. Hasil Uji Coba
Pada  uji  coba  pertama,  dilakukan  observasi  penilaian responden terhadap visualisasi arsiran kasar teknik Single-Pass Six-Way  Blend .  Pada  kuesioner  ditampilkan  gambar  hasil rendering obyek teapot dan torus seperti  pada  Gambar  3 dan Gambar  4.  Parameter  yang  digunakan  untuk  penilaian  dalam kuesioner  terdapat  tiga,  yaitu  kualitas  detail  arsiran,  kualitas arsiran  dilihat  dari  beberapa  sudut  pandang,  dan  kualitas arsiran  dilihat  dari  beberapa  arah pencahayaan. Penilaian dari setiap parameter ini ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Tabel Hasil Uji Coba 1 Parameter Modus Kualitas detail arsiran 3 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa sudut pandang 4 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa arah pencahayaan 3
Pada  uji  coba  kedua,  dilakukan  observasi  penilaian responden terhadap visualisasi arsiran halus teknik Single-Pass Six-Way  Blend .  Pada  kuesioner  ditampilkan  gambar  hasil rendering obyek bunny dan fist seperti  pada  Gambar  5  dan Gambar  6.  Kemudian  digunakan  tiga  buah  parameter  seperti uji  coba  pertama  untuk  penilaian  dalam  kuesioner.  Penilaian dari setiap parameter ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Tabel Hasil Uji Coba 2 Parameter Modus Kualitas detail arsiran 4 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa sudut pandang 4 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa arah pencahayaan 3
Pada  uji  coba  ketiga,  dilakukan  observasi  penilaian responden  terhadap  visualisasi  arsiran  teknik Threshold Scheme .  Pada  kuesioner  ditampilkan  gambar  hasil rendering obyek teapot dan torus seperti pada Gambar 7 dan Gambar 8. Kemudian  digunakan  kembali  ketiga  parameter  pada  uji  coba sebelumnya  untuk  penilaian  dalam  kuesioner.  Penilaian  dari setiap parameter ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Tabel Hasil Uji Coba 3 Parameter Modus Kualitas detail arsiran 3 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa sudut pandang 3 Kualitas arsiran dilihat dari beberapa arah pencahayaan 2
Pada  uji  coba  terakhir,  responden  diminta  menilai  hasil teknik Single-Pass  Six-Way  Blend dan  teknik Threshold Scheme dari  seluruh  gambar  visualisasi  pada  uji  coba sebelumnya.  Penilaian  dari  kedua  teknik  ditunjukkan  pada Tabel 4.
Tabel 4. Tabel Hasil Uji Coba 4 Teknik Shader Sketsa Arsiran Modus Teknik Single-Pass Six-Way Blend 4 Teknik Threshold Scheme 3

## IV. KESIMPULAN
Dari hasil uji coba yang telah dilakukan terhadap pembuatan program shader sketsa arsiran dengan teknik Single-Pass Six-
Way  Blend dan  teknik Threshold  Scheme dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
1) Perangkat  lunak rendering sketsa  arsiran  pada  obyek  3D telah  dapat  diimplementasikan  menggunakan  teknologi Direct X  9.0  dan  IDE RenderMonkey 1.82  dengan Tonal Art Maps sebagai masukan untuk arsiran.
2) Terdapat  dua  teknik rendering sketsa  arsiran  yang diaplikasikan  pada  perangkat  lunak  yang  telah  dibangun, yaitu  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend dan  teknik Threshold  Scheme .  Adapun  perbedaan  dari  kedua  teknik ini  adalah hasil visualisasi teknik pertama lebih tebal dan gelap dibandingkan visualisasi teknik kedua.
3) Berdasarkan  hasil  pengujian  yang  melibatkan  22 responden  dengan  menggunakan  kuesioner,  diperoleh hasil  jika  teknik Single-Pass  Six-Way  Blend dinilai  lebih baik dibandingkan dengan teknik Threshold Scheme .
Pengembangan  yang  dapat  dilakukan  adalah  melakukan pengembangan  lebih  lanjut  terhadap  penggunaan Tonal  Art Maps (TAM)  dan  melakukan  integrasi  dengan  modul pembangkitan  pena  dinamis  agar  hasil  arsiran  yang ditampilkan mirip dengan buatan tangan manusia.

## LAMPIRAN
Gambar 3. Hasil Rendering Arsiran Kasar Teknik Single-Pass Six-Way Blend pada Obyek Teapot
Gambar 4. Hasil Rendering Arsiran Kasar Teknik Single-Pass Six-Way Blend pada Obyek Torus
Gambar 5. Hasil Rendering Arsiran Halus Teknik Single-Pass Six-Way Blend pada Obyek Bunny
Gambar 6. Hasil Rendering Arsiran Halus Teknik Single-Pass Six-Way Blend pada Obyek Fist
Gambar 7. Hasil Rendering Teknik Threshold Scheme pada Obyek Teapot
Gambar 8. Hasil Rendering Teknik Threshold Scheme pada Obyek Torus

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis D.S.T mengucapkan puji dan syukur kepada  Tuhan YME  yang  telah  melimpahkan  berkat-Nya  sehingga  penulis dapat  menyelesaikan  penelitian  dengan  baik.  Penulis  juga menyampaikan  ucapan  terima  kasih  kepada  Ibu  Wijayanti Nurul  K.  dan  Bapak  Rully  Soelaiman  yang  telah  banyak membantu  dan  membimbing  dalam  menyelesaikan  penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   G. Orbay and L. B. Kara, "Pencil-Like Sketch Rendering of 3D Scenes Using  Trajectory  Planning  and  Dynamic  Tracking," Journal  of  Visual Languages and Computing, pp. 481-493, 2014.
[2]   E.  Praun,  H.  Hoppe,  M.  Webb  and  A.  Finkelstein,  "Real-Time Hatching," Proceedings  of  the  28th  annual  conference  on  Computer graphics and interactive techniques. ACM, 2001.
[3]   M. Webb, E. Praun, A. Finkelstein and H. Hoppe, "Fine Tone Control in Hardware  Hatching," Proceedings  of  the  2nd  international  symposium on Non-photorealistic animation and rendering. ACM, 2002.
[4]   W.  F.  Engel, Direct 3D Shader X  : Vertex and Pixel Shader Tips  and Tricks, Texas: Wordware Publishing, Inc., 2002.
[5]   W.  F.  Engel, Shader X2  : Shader Programming  Tips  and  Tricks  with Direct X 9, Texas: Wordware Publishing, Inc., 2004.
[6]   D.-Y.  Chen,  X.-P.  Tian,  Y.-T.  Shen  and  M.  Ouhyoung,  "On  Visual Similarity  Based  3D  Model  Retrieval," Computer  Graphics  Forum (EUROGRAPHICS'03), vol. 22, pp. 223-232, 2003.