Karakteristik Cahaya

Putu Indah Ciptayani S.Kom


Warna merupakan persepsi kita terhadap
pantulan cahaya dari benda-benda di depan
mata
Bagian mata yang berhubungan dengan
persepsi adalah retina


Cahaya dapat dilihat sebagai gelombang
energi
Cahaya dapat dibagi menjadi 2 yaitu
 Cahaya terlihat (visible light) : 390-720 nm
 Cahaya tak terlihat (invisible light) : <390 atau
>720

Karakteristik cahaya yaitu : warna, intensitas
dan kemurnian(saturation/purity)

Frekuensi dan panjang gelombang dari
cahaya kromatik (cahaya dengan satu warna)
dapat dirumuskan sebagai c  f

Frekeunsi tidak tergantung pada materi
objek, tetapi panjang gelombang tergantung
pada materi
Ketika cahaya diberikan pada objek, maka
sebagian akan diserap dan sebagian lagi akan
dipantulkan



Misalnya apabila sebuah benda disorot warna
putih dan benda tersebut memantulkan
sebagian besar energi dengan frekuensi (600700nm) maka kita akan melihat warna merah,
tetapi jika benda memantulkan energi 400nm,
maka kita akan melihat warna biru
Apabila benda yang memantulkan energi pada
rentang 600-700nm (biasanya disebut warna
merah) disinari dengan warna biru (400nm),
maka kita akan melihat warna hitam

Rentang panjang gelombang yang dominan
dipantulkan disebut dengan hue atau warna



Intensitas cahaya didefinisikan sebagai
banyaknya energi radian yang dipancarkan
pada suatu waktu, satu sudut tertentu dan
pada satu area tertentu.
Secara awam disebut kecerahan(brightness)
Energi radian berhubungan dengan
luminance dari sumber cahaya




Kemurnian merupakan representasi dari
luminance dalam dominan frequency
Warna putih merupakan warna yang
dihasilkan dari semua frekuensi dari
spektrum cahaya dengan kekuatan yang
sama atau tidak ada kekuatan gelombang
yang dominan
Warna hitam merupakan situasi di mana
tidak ada energi yang dipantulkan
So, hitam dan putih bukanlah warna

Apabila energi yang dihasilkan dari panjang
gelombang dominan adalah Ed dan
sumbangan energi dari gelombang lain
adalah Ew, maka warna putih merupakan
warna di mana Ed=0 dan Ew sama untuk
semua panjang gelombang. Sedangkan
untuk warna hitam Ed=Ew=0
energi
energi
ed
ew
ew
frekuensi
frekuensi
merah
Warna putih
biru
merah
biru
Warna dengan panjang
gelombang dominan mendekati
merah




Kecerahan merupakan area di bawah Ew
Purity merupakan selisih dari Ed-Ew
Makin besar selisih Ed dengan Ew, maka
warna semakin terlihat murni
Jika Ew=0 dan Ed<>0, maka akan diperoleh
warna murni



Representasi warna ini didasarkan pada
kenyataan bahwa mata manusia peka
terhadap panjang gelombang 630nm(merah),
530nm(hijau), dan 450nm(biru)
Dengan mencampur warna tersebut, akan
diperoleh berbagai warna aditif
Warna akhir yang dihasilkan dapat
dirumuskan sebagai
 W= RR+GG+BB

RR,GG,BB bernilai 0 dan 1, di mana 0 berarti
tidak ada komponen tersebut dan 1
menyatakan penggunaan penuh.
Model ini menghasilkan warna dengan
membuang warna tertentu atau disebut dengan
warna substraktif
 Warna substraktif terjadi ketika cahaya putih
dilewatkan ke bahan tertentu maka sebagian
panjang gelombang diserap oleh bahan
 Contoh : warna yang kita lihat pada kertas yang
diberi warna tinta warna biru terjadi karena
bahan tinta menyerap panjang gelombang biru
dan memantulkan panjang gelombang lain



Warna substraktif menggunakan 3 warna
primer : Cyan, Magenta, danYellow
Warna akhir diperoleh dengan membuang
warna primer tersebut sejumlah tertentu
 (r,g,b)=(1,1,1)-(c,m,y)CMY

Warna biru akan diperoleh 1 apabila c=1,m=1
dan y=0 atau dengan mencampurkan warna
cyan dan magenta




Model ini merepresentasikan warna ke dalam
tiga komponen yaitu Hue, Saturation dan
Value
Hue menyatakan warna dominan dan
dinyatakan dengan sudut
Saturation menyatakan banyaknya campuran
warna dominan dengan warna putih(purity)
Value menyatakan intensitas warna dengan
nilai 0 sampai 1, value 0 menyatakan hitam, 1
menyatakan putih


Tujuan pencahayaan dalam grafika komputer
adalah untuk menghasilkan tampilan senyata
mungkin
Model pencahayaan secara matematika
harus memenuhi:
 Dapat menghasilkan efek cahaya yang
sesungguhnya
 Dapat dihitung dengan cepat


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
Dikategorikan dalam 2 kelompok yaitu : raytracing dan radiocity


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
Pada 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
 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
Menurut Tony DeRose dan Pixar, untuk
menghasilkan satu frame dari film finding
Nemo dibutuhkan 4jam, sedangkan film The
Incredibles dibutuhkan waktu 10jam, padahal
1 detik film pada umumnya dibutuhkan 24-30
frame

Model ini membutuhkan :
 Sifat materi penyusun benda
 Sumber cahaya
 Geometri permukaan benda
 Posisi benda

Secara umum, cahaya yang menimpa sebuah
permukaan akan dipantulkan oleh
permukaan seperti gambar di bawah
y
s
n
mata
v
p
z
x
Vektor s menunjukkan arah yang ditempuh oleh
cahaya dari sumber cahay menuju ke
permukaan p
 Vektor v menunjukkan arah pantulan cahaya
dari permukaan p menuju ke mata
 Vektor n merupakan vektor normal dari
permukaan p
 Bergantung pada materi penyusun permukaan
benda, maka ada tiga kemungkinana pantulan
cahaya yaitu diffuse, specular dan translucent



Diffuse merupakan sifat permukaan di mana
cahaya yang datang dipantulkan ke segala
arah, benda benda yang bersifat diffuse
misalnya kayu, batu, karpet
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 kuat cahaya Id
Mengingat bahwa cahaya disebarkan ke
semua arah, maka orientasi permukaan P
terhadap mata tidak terlalu penting,
sehingga Id tidak tergantung pada sudut
antara vektor v dengan n tetapi pada vektor n
dan s

Banyaknya cahaya menyinari permukaan P
tergantung pada orientasi relatif permukaan
P pada sumber cahaya, dan ini berarti kuat
cahaya Id akan sebanding dengan luas
permukaan yang disinari
s
Θ
n s
p
p
s n
p
Θ=90
n


Pada Gambar pertama, vektor n searah
dengan vektor s sehingga sudut antara n dan
s=0
Pada Gambar 2, vektor n dan s mempunyai
sudut sebesar Θ, sehingga luas permukaan
yang disinari akan berkurang sebesar cos(Θ),
sehingga kecerahan juga akan berkurang
sebesar cos(Θ).


Hubungan kecerahan dengan orientasi
permukaan dikenal dengan Hukum Lambert
Apabila Θ=0, maka kecerahan tidak
tergantung pada orientasi permukaan. Tetapi
Θ semakin menuju 90 maka kecerahan
semakin menuju 0

Cos(Θ) dapat diperoleh melalui dot product
vektor s dan vektor n yang sudah dinormalisasi .
Dengan demikian kuat cahaya yang dihasilkan
yaitu
 Id = Is rd(us.un)

Is merupakan kuat cahaya di sumber cahaya dan
rd merupakan koefisien pantulan diffuse dari
materi permukaan dan ditentukan oleh berbagai
faktor seperti panjang gelombang dari cahaya,
dan berbagai karakteristik fisika materi


Meskipun cahaya dipantulkan ke berbagai
arah, tetapi ada beberapa benda yang
memntulkan cahaya lebih banyak pada arah
tertentu, misalnya cermin, plastik
Kuat cahaya pada arah tertentu
dibandingkan dengan arah lain, membuat
kita memperoleh kesan bercahaya (highlight)

Untuk permukaan berupa cermin, maka
seluruh cahaya akan dipantulkan ke satu arah
yang sama yaitu arah r, tetapi permukaan
yang tidak terlalu bersifat cermin maka
pantulan cahaya akan memudar dengan
cepat seiring bertambahnya sudut antara r
dan v
n
s
n
r
r
s
v



Kuat cahaya merupakan kelipatan f dan
fungsi kosinus Θ, atau cos(Θ)f ,dengan f
merupakan koefisien yang ditentukan
dengan coba-coba.
Permukaan akan bersifat sebagai cermin jika
f=∞ karena cahaya makin mendekati vektor r
Dengan mengingat bahwa cos(Θ) dapat
diperoleh dari dot product vektor v dan r,
maka kuat cahaya yang dihasilkan adalah
 Isp=Is rs(ur.uv)f

Vektor r diperoleh dengan pendekatan
halfway yaitu vektor yang terletak di tengah
antara vektor s dan r
n
s
h
r
Θ
v
Θ

Vektor halfway dapat dihitung sebagai
h

vs
|vs|
Sehingga cos(Θ) dapat dihitung sebagai dot
product dari vektor n dan h, sehingga
 Isp = Is rs(un.uh)f


Cahaya akan diteruskan sekaligus
dipantulkan
Sifat ini diperoleh melalui pencahayaan
global


Cahaya Lingkungan (Ambient Light)
Cahaya Titik(Point Light)



Cahaya ini berasalah dari semua benda yang
memantulkan cahaya walaupun hanya sedikit
Cahaya lingkungan tidak memiliki arah dan
lokasi
Pengaruh cahaya lingkungan dirumuskan
dengan
 Iab = Ia ra



Sumber cahaya ini mempunyai lokasi dan
arah
Jarak antara sumber cahaya terhadapa benda
akan berpengaruh terhadap kuat cahya yang
diterima oleh benda
Model ini dapat dibedakan menjadi 2 macam
yaitu : directional, bidirectional



Energi dari sumber cahaya tersebut
menyebar ke semua arah dengan kekuatan
yang sama.
Karena energi dari sumber cahaya tersebut
sangat kuat dan dan dapat menempuh jarak
yang sangat jauh maka dianggap jarak tidak
mempengaruhi kuat cahaya
Contoh : Matahari



Mode ini memiliki sifat di mana energi dari
sumber cahaya tersebut akan melemah
sebanding dengan jarak dan sudut terhadap
sumber cahaya
Melemahnya kuat 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
Θ
Misalkan Θ merupakan sudut kerucut penyebaran
cahaya, maka kuat cahaya akan maksimum di titik
tengah kerucut dan berangsur melemah menuju ke
nol pada sudut Θ
 Sudut Θ disebut sebagai cut off angle





GL_AMBIENT : mengatur warna cahaya
ambient, vektor berisi nilai R,G,B
GL_DIFFUSE : mengatur warna cahaya
diffuse, vektor berisi nilai R,G,B
GL_SPECULAR : mengatur warna cahaya
specular, vektor berisi nilai R,G,B
GL_POSITION : mengatur lokasi sumber
cahaya, vektor berisi 4 nilai(x,y,z,w) dengan
w=0 menyatakan sumber cahaya directional
dan w=1 positional

GL_SPOT_DIRECTION : mengatur titik yang
menjadi tujuan lampu sorot, digunakan jika
nilai cut off lebih dari 900