Faktor Angin Pada Special-Effect Api Untuk Objek Bergerak

## Menggunakan Particle System
Farid Suryanto 1
1 Universitas Ahmad Dahlan
1 farid.suryanto@is.uad.ac.id

## ABSTRAK
Salah satu teknik dalam komputer grafis yang menangani objek-objek tidak beraturan dengan ukuran kecil dan berjumlah  sangat  banyak  adalah particle  system .  Saat  ini, particle  system tidak  hanya  digunakan  untuk menciptakan efek-efek fantasi tapi juga digunakan untuk melakukan simulasi. Salah satu fungsi dari particle system adalah untuk menciptakan efek kobaran api. Variabel pokok untuk menciptakan efek api diantaranya adalah start-delay, lifetime, speed, size, rotation, max-particle, emission-rate, shape-style, shape-angle, dan shape-radius . Untuk menciptakan efek kobaran api yang dipengaruhi oleh faktor angin pada objek bergerak dapat dilakukan dengan melakukan perubahan dua parameter pada particle system yaitu size dan speed . Kata Kunci: particle system, efek api, faktor angin

## ABSTRACT
One technique in computer graphics that handles irregular objects with small size and is very large in number is a particle system. Particle systems are not only used to create fantasy effects but are also used to carry out simulations such as explosion simulations. One function of a particle system is to create a flame effect. The main  variables  for  creating  fire  effects  include  start-delay,  lifetime,  speed,  size,  rotation,  max-particle, emission-rate, shape-style, shape-angle, and shape-radius. Creating a flame effect that is influenced by wind factors on a moving object can be done by changing two parameters on the particle system, namely size and speed.
Keyword: particle system, fire effect, wind factor

## 1. PENDAHULUAN
Dalam dunia film dan permainan komputer, efek  grafis  berperan  penting  dalam  penyajian gambar  yang  lebih  memukau.  Penggunaan  efek grafis  seperti  ledakan,  semburat  cahaya,  atau serpihan benda padat akan membuat penyajian video semakin  mendekati  realistis.  Dalam  permainan video,  misalnya,  penggunaan  efek-efek  yang memukau  membuat  emosi  pemain  terlibat  masuk dalam permainan. Demikian juga dalam dunia film. Efek grafis yang memukau menjadi salah satu unsur yang  membuat  penonton  merasa  bahwa  kejadian yang mereka tonton adalah seperti kenyataan bahkan lebih dahsyat.
Seiring berkembangnya perangkat- perangkat  yang  mendukung  komputasi  dengan melibatkan  perhitungan  yang  kompleks,  teknologi komputer  grafis  juga  terus  berkembang.  Salah  satu teknik  dalam  komputer  grafis  yang  menangani objek-objek tak beraturan dengan ukuran  kecil dan berjumlah sangat banyak adalah particle system [1] . Fenomena  alam  dalam  komputer  grafis  yang direplikasi menggunakan particle system diantaranya  adalah  kebakaran,  ledakan,  asap,  air bergerak  (seperti  air  terjun),  percikan  api,  daun jatuh,  batu  jatuh,  awan,  kabut,  salju,  debu,  ekor meteor, bintang dan galaksi, atau efek visual abstrak seperti jalan bercahaya, mantra sihir, dll.
Particle  system pertama  dikenalkan  oleh
William T. Reeves dalam publikasi yang diterbitkan pada  tahun  1983.  Publikasi  tersebut  merupakan ulasan mengenai special-effect yang telah digunakan pada  film Star  Trek  II:  The  Wrath  of  Khan yang pertama  kali  ditayangkan  pada  tahun  1982  [2]. Particle system pada film tersebut digunakan untuk membuat efek ledakan pada salah satu adegan film (lihat Gambar 1.a).
Saat  ini particle  system tidak  hanya digunakan untuk menciptakan efek-efek fantasi tapi juga digunakan untuk melakukan simulasi misalnya simulasi ledakan bom (lihat Gambar 1-b). Simulasi ledakan  tersebut  digunakan  untuk  memprediksi posisi endapan dan level kandungan residu ledakan [3].    Simulasi  dalam  ruang Virtual  Reality (VR) tentang  pemadaman  api  dalam  gedung  yang dikerjakan oleh Meiqi Jiang et al [5] menggunakan particle system untuk membuat efek kebakaran dan asap.
(a)

## (b)
Gambar 1. Salah satu efek ledakan pada film Star Trek II (a) dan simulasi ledakan bom (b)
Particle  system adalah  kumpulan  objek grafis  berukuran  kecil  yang  secara  bersama merepresentasikan objek yang tak beraturan. Dalam periode  waktu  tertentu  objek  tersebut  diproduksi oleh  sebuah  sistem,  ditayangkan,  dipindahkan  dari satu posisi ke posisi lain, dan kemudian dihilangkan oleh  sistem.  Oleh  karena  itu  variabel  utama  dalam particle-system terdiri  dari  bentuk  objek  ( shape ), transformasi geometris, dan kemunculan ( appearance )  objek.  Partikel  yang  diciptakan  oleh sistem  dikendalikan  oleh  sebuah  proses.  Proses tersebut menentukan jumlah partikel yang diciptakan  dan  durasi  waktu  penayangan.  Jumlah partikel  adalah  penting  karena  menentukan  tingkat kepadatan partikel dalam sebuah frame. [1]
Setiap partikel yang dihasilkan oleh atribut yang  menentukan  proses  diantaranya  adalah  posisi awal, kecepatan awal (meliputi kecepatan dan arah), ukuran awal, warna awal, transparansi awal, bentuk, dan  durasi  penayangan.  Setiap  partikel  setidaknya memiliki  dua  sistem  koordinat  yaitu  sistem koordinat  partikel  itu  sendiri  (koordinat  lokal)  dan sistem  koordinat  origin  (koordinat  global)  seperti yang ditunjukkan ilustrasi pada   Gambar 2.
Gambar 2. Ilustrasi sistem koordinat partikel
Particle  system juga  memuat  tentang  inisial yang  memberikan  informasi  mengenai  pola penyebaran  partikel.  Misalnya,  pola  penyebaran berbentuk  bola  mentransformasikan  partikel  ke segala arah. Kecepatan awal ( InitialSpeed ) transformasi partikel ditentukan dengan cara:
InitialSpeed = MeanSpeed + Rand x VarSpeed,
MeanSpeed menunjukkan  rata-rata  kecepatan  yang ditentukan, Rand adalah  bilangan  acak  yang ditentukan  pada  rentang  nilai  -1  sampai  dengan  1, dan VarSpeed adalah  nilai  variansi  kecepatan  yang diberikan.
Pada  dunia  nyata  kobaran  api  sangat dipengaruhi  oleh  faktor  angin  yang  mungkin mempercepat proses pembakaran sehingga nyala api semakin  besar.  Misalnya  dalam  permainan  video yang  melibatkan  adegan  perang  menggunakan lemparan bola api. Bola api yang dilemparkan akan bersinggungan  dengan  angin  yang  mungkin  akan semakin  mempercepat  proses  pembakaran  dan mengakibatkan nyala api semakin besar.
Penelitian  ini  mengkaji  efek  kobaran  api pada  benda  dengan  memperhatikan  pergerakan benda  tersebut,  dengan  asumsi  bahwa  benda  yang terbakar  jika  terkena  oksigen  lebih  banyak  maka proses  pembakarannya  akan  semakin  cepat  dan mengakibatkan  nyala  semakin  besar.  Oksigen tersebut  diasumsikan  diperoleh  saat  benda  yang terbakar tersebut bergerak. Penelitian ini mengabaikan  faktor  lain  seperti  kadar  bahan  bakar dalam  benda  yang  terbakar  serta  kecepatan pergerakan benda.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Dalam  dunia  nyata,  nyala  api  dipengaruhi oleh  kadar  oksigen  di  lingkungan.  Material  yang mengandung nyala api jika menerima kadar oksigen yang  lebih  maka  proses  pembakaran  akan  semakin
cepat yang mengakibatkan nyala api semakin besar. Percobaan ini menguji nyala yang membesar akibat faktor angin yang disebabkan oleh pergerakan objek. Efek ini dapat digunakan untuk memberikan efek api pada  lemparan  panah  api,  bola  api,  atau  objek bergerak lain yang terbakar.
Metodologi  penelitian  yang  digunakan dalam  penelitian  ini  mengacu  pada  tahapan: pertama ,  menentukan  parameter particle  system yang mempengaruhi sehingga efek yang dihasilkan adalah seperti kobaran api. Hal ini dilakukan untuk menciptakan  kondisi  awal  efek  kobaran  api  yang tanpa dipengaruhi oleh faktor angin. Kedua , mencari variabel  utama  yang  menyebabkan  perubahan  efek intensitas  kobaran  api.  Tahap  ini  bertujuan  untuk menentukan  variabel  yang  nantinya  akan  berubah jika  objek  yang  terbakar  tersebut  bergerak. Ketiga , menetapkan  perubahan  variabel  pada  tahap  kedua berdasarkan pergerakan objek yang terbakar.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Special Effect Api
Salah satu aplikasi dari particle system adalah special effect untuk menciptakan efek api. Aplikasi special-effect  api  misalnya  dalam  efek  objek terbakar,  efek  ledakan,  atau  efek  pancaran  api. Dalam film Star Trek II: The Wrath of Khan efek api digunakan  untuk  menggambarkan  benturan  bomb dengan permukaan sebuah planet yang menciptakan efek  ledakan  kemudian  api  menyebar  ke  seluruh permukaan planet.
Tabel 1. Parameter special-effect api, asap, dan percikan api Parameter Api Asap Percikan Api Start Delay 0 0 0 Start Lifetime 0,5 4 Rand(1.4,2.2) Start Speed Rand(0,8) 0 7 Start Size Rand(0,4) Rand(1,4) Rand(0.01,0.1) Rotation 0 Rand(-180,180) Rand(0,360) Max Particles 1000 80 500 Emission Rate 50 10 5 Shape Style Cone Cone Cone Shape Angle 0 0 25 Shape Radius 1 1 0.366
(a) (b) (c)
Gambar 3 . Material partikel api (a), asap (b), dan percikan api (c)
Untuk  menciptakan  efek  api  diperlukan setidaknya tiga jenis particle system yaitu api, asap, dan  percikan  api.  Masing-masing particle  system memiliki  parameter  yang  berbeda  sehingga  efek yang  dihasilkan  juga  berbeda  sesuai  dengan karakteristik  objek  yang  dimodelkan.  Daniel Schroeder [4] hanya menggunakan 2 particle system yaitu api dan asap untuk menciptakan efek kobaran api. Ia juga menggunakan empat parameter particle system diantaranya lifetime,  position,  velocity ,  dan texture .  Daniel  Schroeder  juga  menggunakan  dua texture yang berbeda untuk menciptakan dua efek. Selain  menggunakan  parameter  yang digunakan  dalam  penelitian  Daniel  Schroeder, penelitian  ini  menambahkan  parameter  lain  yaitu size (karena penelitian ini hanya menggunakan satu texture yang sama untuk tiga efek berbeda), rotation untuk  menentukan  arah  pergerakan  partikel, emission  rate untuk  menentukan  rasio  gas  buang , dan shape  properties ( style,  angle,  radius )  untuk membuat pola pergerakan partikel.
Tabel  1  adalah  parameter  untuk  membuat efek  api  yang  membakar  sebuah  material  tertentu. Selain  parameter  tersebut, special-effect api  juga memerlukan  pencahayaan  untuk  membuat  efek  api lebih realistis. Gambar 4 adalah hasil simulasi efek api menggunakan parameter yang ditentukan seperti pada  Tabel  1.  Aspek  lain  yang  mempengaruhi tampilan  visual  api  agar  mendekati  realistik  adalah material  yang  digunakan.  Material  yang  digunakan adalah  JPEG  Image  yang  dibuat  menyerupai  objek yang direpresentasikan (lihat Gambar 3).
Gambar 4 Efek api hasil kombinasi tiga particle-system dan pencahayaan (b)

## Faktor Angin
Secara  default  nyala  api  berkurang  secara konstan seiring dengan berkurangnya material bahan bakar.  Oleh  karena  itu  ditentukan  satu  variabel intensitas I yang nilainya berkurang secara konstan sesuai  durasi  waktu  sampai  bernilai  nol  (nyala  api mati). Variabel intensitas digunakan untuk mengendalikan  besar  kecil  (intensitas  nyala)  api. Intensitas nyala dipengaruhi oleh dua variabel yaitu start  size dan start  speed .  Oleh  karena  itu  untuk mengubah level nyala api maka harus mengubah dua nilai start size dan start speed. Selain itu faktor lain yang  diakibatkan  oleh  level  nyala  api  adalah intensitas cahaya (gelap dan terang). Oleh sebab itu perubahan  nilai  I  juga  digunakan  sebagai  variabel yang  mempengaruhi  intensitas  cahaya.  Hubungan antara I dengan start size , start speed , dan intensitas cahaya  yang  dipengaruhi  oleh  I  adalah  sebagai berikut:

## 𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡𝑆𝑖𝑧𝑒 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 × 2
𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 × 4 𝑆𝑡𝑎𝑟𝑡𝑆𝑖𝑧𝑒 = 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 × 6
Secara default nilai  intensitas  selalu berkurang.  Akan  tetapi  jika  objek  bergerak  maka akan mengakibatkan nilai intensitas bertambah yang mengakibatkan efek nyala juga bertambah. Ilustrasi hasil  ujicoba  berdasarkan  nilai  intensitas  disajikan pada Gambar 5.
(a) (b)
(c)
(d)
Gambar 5 Efek nyala berdasarkan nilai intensitas. (a) nyala dengan intensitas awal, (b) intensitas 1.5, (c) intensitas mendekati nol, (d) intensitas bertambah saat objek bergerak

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN
Faktor angin pada objek bergerak terhadap special effect api dapat dilakukan dengan melakukan perubahan dua parameter pada particle system yaitu start size dan start speed . Nilai untuk start size dan start speed dapat ditentukan berdasarkan perubahan intensitas. Perubahan intensitas secara default dapat ditentukan  berkurang  secara  konstan  seiring perubahan  waktu  atau  bertambah  secara  konstan berdasarkan kecepatan objek dalam bergerak.
Pada  kehidupan nyata kobaran  api sebenarnya juga dipengaruhi oleh jumlah kandungan bahan  bakar  yang  terdapat  pada  material  yang terbakar.  Namun  penelitian  ini  belum  melibatkan faktor  kandungan  bahan  bakar  tersebut.  Tahap berikutnya  untuk  topik  penelitian  ini  dapat dilanjutkan  dengan  memasukkan  faktor  kandungan bahan bakar sehingga efek kobaran api yang tercipta dapat  mendekati  kondisi  sebenarnya  dalam  dunia nyata.

## 5. REFERENSI
[1]   W. T. REEVES, "Particle System Technique for  Modeling  a  Class  of  Fuzzy  Objects," ACM  Transactions  on  Graphics, vol.  2, 1983.
[2]   H. O. Haraldsson, "Particle System in SFX," particlesystem.org.
[3]  Simulation  of  Bomb  Residu  Deposition Following  The  Oslo  Bombing  July  22, "Emma M.M Wingstedt," Norwegian
Defence  Research  Establishment  (FFI),
2012. [4]  Daniel Schroeder and Howard J. Hamilton,
“Desirable  Elements  for  a  Particle  System
Interface,” International Journal of Computer  Games  Technology,  vol.  2014,
Article  ID  623809,  12  pages,  2014. https://doi.org/10.1155/2014/623809
[5]  Meiqi  Jiang et  al,  “Fire-fighting  Training System Based on Virtual Reality”, IOP Conf.
Ser.: Earth Environ. Sci. 170 042113, 2018.