Dodgeball: A Virtual Reality Sport Game Using Kinect And XNA Game Studio

Dodgeball: A Virtual Reality Sport Game Using Kinect And XNA Game Studio Erick Leonardo1, Liliana2, Kartika Gunadi3 Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknologi Industri Universitas Kristen Petra Jl. Siwalankerto 121-131 Surabaya 60236 Telp. (031) – 2983455, Fax. (031) – 8417658

E-mail: [email protected], [email protected], [email protected] ABSTRAK Perkembangan teknologi telah merambah pada seluruh aspek kehidupan manusia, terlebih pada dunia perkembangan video game. Banyak pengembang game mencari inovasi terhadap sistem permainan yang menarik, namun juga memberi nilai lebih pada permainan tersebut. Virtual reality game menjadi salah satu alternatif untuk mengembangkan sisi gameplay. Pemain dibuat seolah – olah menyatu dengan dunia game sehingga keterlibatan pemain sangat tinggi. Skripsi ini bertujuan untuk membuat virtual reality game bertemakan olahraga Dodgeball yang memanfaatkan Kinect dengan integrated development environment XNA Game Studio. Penggunaan Kinect dalam game Dodgeball dimaksudkan untuk mengontrol character game agar sesuai dengan kenyataan. Character bergerak sesuai dengan pergerakan pemain. Dengan demikian, permainan terasa lebih nyata, dan pemain merasakan sensasi bermain Dodgeball yang sebenarnya. Selain itu, pemain juga tidak membutuhkan controller dalam bermain. Pergerakan pemain juga lebih natural karena tidak terkendala dengan game controller. Game Dodgeball mengalami beberapa penyesuaian diantaranya, jumlah pemain masing – masing tim adalah 4, dimana maksimum 2 diantaranya adalah pemain manusia. Bola yang digunakan dalam permainan hanya 2, dan pada awal permainan bola diberikan melalui coin toss. Game Dodgeball juga dikemas dengan menggunakan fisika dan artificial intelligence sederhana untuk menambah pengalaman bermain game Dodgeball.

Kata Kunci: Dodgeball, Virtual Reality, Game, Kinect, XNA Game Studio.

ABSTRACT Technology development, particularly in video game, has reached to all human life aspects. Many game developers seek not only for innovations to a more interesting gaming system, but also for added values to the game itself. Virtual reality game becomes one of the alternatives to develop the gameplay aspect. Players are highly immersed in the video game world, and convinced as if they were in the game itself. This thesis aims to make a virtual reality game with Dodgeball sport theme using Kinect and XNA Game Studio integrated development environment. The Kinect used in this Dodgeball game is meant to control a game character to follow the real one. The character moves in the same way in real life. Therefore, players will find the game more realistic, and they will feel the sensation of playing the real Dodgeball. Besides, players do not need to use a game controller.

Players’ movement also become more natural in the absence of the game controller. Our Dodgeball game has gone through several adjustments, such as, each team’s players are limited to 4 people, which at most 2 of them are human players. The number of balls used in this game is reduced to 2, and before the game begins, the balls are assigned to teams by coin tosses. Dodgeball game is also packed with physics and simple artificial intelligence to enhance players’ gaming experiences in playing Dodgeball game.

Keywords:

Dodgeball, Virtual Reality, Game, Kinect, XNA

Game Studio.

1. LATAR BELAKANG Perkembangan teknologi telah merambah pada seluruh aspek kehidupan manusia. Terlebih pada dunia perkembangan video game. Dunia perkembangan game saat ini telah jauh berbeda dengan perkembangan game pada era ketika video game diperkenalkan. Secara tampilan grafis, musik, efek suara, cerita, alur permainan, jenis game, maupun konsep permainan telah banyak diteliti oleh para pengembang game dalam meriset pangsa pasar. Hasil observasi tentu menjadi sebuah nilai lebih ketika game yang telah dibuat dirilis dan dibeli oleh masyarakat. Perkembangan game tentu saja tidak hanya disambut secara positif. Banyak kalangan yang mengasumsikan bahwa game memberikan pengaruh negatif terhadap pemain. Sebagian besar dari kalangan tersebut menyalahkan game yang membuat pemainnya duduk di depan komputer maupun televisi selama berjam – jam dengan adegan penuh kekerasan dan hal – hal yang kurang pantas disajikan dalam sebuah video game. Akibat dari opini umum tersebut, banyak pengembang game yang mulai mencari inovasi terhadap sistem permainan yang menarik, namun juga memberi nilai lebih pada permainan tersebut. Virtual reality game menjadi salah satu alternatif untuk mengembangkan sisi gameplay. Pemain dibuat seolah – olah menyatu dengan dunia game sehingga keterlibatan pemain sangat tinggi. Konsep virtual reality game masih baru dan masih terus dikembangkan. Contoh penelitian yang dilakukan adalah membuat fighting game menggunakan Kinect dan XNA Game Studio yang dilakukan oleh Aris Semertzidis [6]. Game dibuat dengan mengintegrasikan Kinect sehingga dapat mengontrol prototipe model. Hasil dari penelitian tersebut adalah bahwa permainan yang dibuat sangat baik dalam sistem motion, namun kurang dalam grafik game yang bukan menjadi fokus utama penelitian.

Dari permasalahan yang dijabarkan di atas, skripsi ini bertujuan untuk menbuat virtual reality game bertemakan sport yang memanfaatkan Kinect dengan integrated development environment XNA Game Studio [2]. Bahasa yang digunakan dalam pembuatan game ini adalah bahasa C#. Dari tema sport yang digunakan adalah permainan Dodgeball.

2. DODGEBALL Dodgeball adalah permainan olahraga yang dimainkan oleh 2 tim beranggotakan masing – masing 6 – 12 orang. 6 pemain aktif dari setiap tim bermain dalam sebuah set. Sebuah set diakhiri ketika semua pemain dalam tim tersebut keluar, dan poin diberikan kepada tim lawan. Seorang pemain dinyatakan keluar jika pemain tersebut terkena bola hidup yang lalu menyentuh objek yang tidak menjadi bagian aktif dari permainan, contoh: tanah, atap, dinding, maupun orang yang bukan pemain. Bola hidup adalah bola yang dilemparkan pemain sampai menyentuh benda mati maupun ditangkap oleh pemain aktif lawan. Ukuran lapangan yang digunakan dalam permainan dodgeball adalah 18.29 meter x 9.14 meter, dan dibagi menjadi 2 bagian yang sama dan sebangun dan terdapat garis menyerang sebesar 3.05 meter dari garis tengah.

3. KINECT Kinect adalah device yang dibuat oleh Microsoft untuk Xbox 360, Xbox One, dan Windows PC. Kinect mendapatkan input dari user untuk berinteraksi dengan game. Input yang diterima berupa natural user interface yang terbagi menjadi motion sensing dan speech recognition. Motion detection dalam Kinect memanfaatkan konsep skeleton tracking yang mengenali dan mengikuti kerangka pemain. Setiap kerangka pemain menghasilkan 20 joints yang dianalisis fiturnya oleh Kinect. Kinect dapat mendeteksi hingga 6 kerangka pemain, namun Kinect hanya dapat melacak informasi lengkap sebanyak 2 kerangka. Kinect juga dapat mendeteksi depth atau jarak dari pemain maupun lingkungan pemain [7]. Kinect memiliki color camera yang mendeteksi warna RGB. Kinect bekerja dengan kecepatan 30 frames per second (fps) pada resolusi 640 x 480 pixels hingga resolusi maksimum 1280 x 960 pixels dengan kecepatan 12 fps. Kinect juga dapat mendeteksi kedalam menggunakan depth sensor yang bekerja pada resolusi 320 x 240 pixels maupun 640 x 480 pixels. Depth sensor pada Kinect memanfaatkan infrared emitter (IR emitter) dan IR depth sensor, sehingga Kinect dapat mendeteksi pada jarak 800 mm hingga 4000 mm. Jangkauan pandang Kinect sejauh 43 derajat horizontal dan 57 derajat vertikal. Kinect juga memiliki microphone array sejumlah 4 buah yang memungkinkan Kinect untuk mendapat input suara. 4 buah sensor dimanfaatkan agar Kinect mengetahui arah sumber suara dengan membandingkan waktu masing – masing sensor dalam mendapatkan sinyal suara. Microphone array pada Kinect juga mampu mengeliminasi suara gema dengan Accoustic Echo Cancellation (AEC) [1]. Pola suara yang diterima pada microphone dikurangi dengan pola suara yang dikeluarkan oleh speaker. Kinect juga melakukan noise suppression terhadap sinyal suara yang diterima untuk menghilangkan pola suara yang tidak berupa pembicaraan (non-speech). Penghilangan pola suara dilakukan agar sinyal suara yang mengandung background noise dapat dieliminasi, sehingga hasilnya adalah suara pembicaraan dari pemain. Kinect dapat melakukan Automatic Gain Control (AGC), yakni proses untuk mempertahankan amplitudo dari suara pemain agar selalu konsisten, walaupun jarak pemain terhadap Kinect berubah – ubah [3].

Gambar 1. Lapangan Dodgeball Bola yang digunakan dalam permainan dodgeball adalah bola berdiameter 17 cm yang terbuat dari karet dengan berat antara 120 – 160 gram. Bola yang lebih berat dari 170 gram tidak digunakan dalam permainan dodgeball karena dapat membahayakan pemain. Pemain juga diharapkan menggunakan seragam dalam permainan dan juga menggunakan sepatu tenis ataupun sepatu olahraga untuk menghindari cedera. Lama permainan adalah 40 menit yang dibagi menjadi 2 bagian dan waktu istirahat 5 menit. Tujuan permainan adalah untuk mengeliminasi semua pemain lawan dalam waktu yang ditentukan. Tidak ada keputusan seri untuk permainan dodgeball. Permainan dimulai dengan 6 bola berada pada garis tengah. Pemain kemudian mengambil posisi pada garis ujung lapangan dan kemudian mengambil bola. Bola yang diambil dapat dilempar setelah bola berada dibelakang garis menyerang. Tim pertama yang berhasil mengeliminasi 6 pemain dari tim lawan mendapatkan 1 poin pada set yang dimainkan. Tim dengan poin yang lebih tinggi setelah 40 menit permainan menjadi pemenang.

Gambar 2. Komponen dalam Kinect Fitur skeletal tracking pada Kinect berguna untuk melacak kerangka pemain yang berada pada jangkauan pandang Kinect dan juga untuk melacak setiap sendi (joints) pada kerangka pemain. Kinect memiliki kemampuan untuk mendeteksi hingga 6 kerangka pemain, namun hanya melacak 2 kerangka secara aktif, meliputi pelacakan sendi pada kerangka pemain. Satu kerangka pemain yang dilacak memiliki tiga macam kondisi (state), yakni:



NotTracked yang menandakan bahwa objek tidak mewakili pemain yang sedang dilacak. Dalam kondisi NotTracked, field Position dan Joint memiliki nilai 0.



PositionOnly menandakan bahwa kerangka pemain dideteksi, namun tidak dilacak secara aktif. Field Position pada kondisi PositionOnly tidak bernilai 0, namun field Joint memiliki nilai 0



Tracked, pada kondisi ini, kerangka pemain dilacak secara aktif. Pada kondisi ini, Field Position dan Joint memiliki nilai bukan 0.

Joint atau sendi yang dilacak oleh Kinect berjumlah 20 buah untuk setiap kerangka. Bagian yang dilacak antara lain kepala, bahu kiri, bahu tengah, bahu kanan, siku kiri, siku kanan, pergelangan tangan kiri, pergelangan tangan kanan, tangan kiri, tangan kanan, tulang belakang, pinggul kiri, pinggul tengah, pinggul kanan, lutut kiri, lutut kanan, pergelangan kaki kiri, pergelangan kaki kanan, kaki kiri, dan kaki kanan. Setiap Joint yang dideteksi memiliki tiga macam state, antara lain: 

Inferred yaitu kondisi dimana Kinect tidak dapat melihat joint pada depth frame pixels, namun Kinect telah menghitung perkiraan posisi joint tersebut.



NotTracked, dimana posisi joint tidak dapat ditentukan, variabel Position memiliki nilai 0.



Tracked, dimana joint dapat dideteksi dengan baik dan dilacak secara aktif oleh Kinect.

4. GAME Overmars menjabarkan beberapa elemen yang dimiliki sebuah game, diantaranya adalah [5]: 

Adanya partisipasi aktif dari pemain, partisipasi dapat berupa pengontrolan ataupun pembuatan keputusan dari pemain dalam sebuah game yang mempengaruhi jalannya game.



Adanya tujuan khusus yang harus dicapai oleh pemain, pemain dituntut untuk memenuhi tujuan yang ada dalam game, jika tujuan tersebut tidak dipenuhi, maka ada konsekuensi yang diterima pemain.



Sebuah game bersifat dinamis, dimana game tersebut dapat dimainkan berulang kali dan memiliki beragam strategi untuk menang.

Juul menyimpulkan bahwa sebuah game adalah sebuah sistem formal yang bersifat rule-based yang memiliki hasil (outcome) yang bervariasi, dimana pemain mengeluarkan tenaga dan usaha untuk mempengaruhi jalannya permainan, dan pemain merasa terikat pada hasil akhirnya, serta konsekuensi dari permainan bersifat optional. Gambar 3 menjelaskan keenam elemen yang dimiliki sebuah game [4].

Gambar 3. Diagram Penentuan Game Berdasarkan 6 Elemen Game

5. DESAIN SISTEM Sistem kerja game dimulai dengan pengecekan ketersediaan alat pendeteksi berupa Kinect. Jika Kinect tidak ditemukan pada saat game dijalankan, maka secara otomatis game berhenti. Setelah Kinect terdeteksi, maka dijalankan inisialisasi awal pada game. Inisialisasi berupa proses load resources yang dibutuhkan untuk graphic user interface pada menu awal. Game menampilkan menu pilihan utama setelah inisialisasi awal dijalankan. Pemain dapat memilih menu pilihan dengan menggerakkan tangan di depan Kinect. Setelah menu dipilih, maka game menjalankan sub-proses yang dipilih pemain. Pada sub-proses Gameplay, pemain dapat menjalankan permainan dodgeball. Permainan dimulai dengan inisialisasi game. Inisialisasi game berupa pemilihan jumlah pemain yang berpartisipasi dalam game Dodgeball dan proses pemberian bola kepada tim pemain. Sistem pemberian bola ditentukan dengan coin toss dimana pemain memilih bagian head atau tail. Sistem coin toss dilakukan sebanyak dua kali, untuk masing – masing bola. Setelah coin toss dilakukan, permainan dimulai tanpa batas waktu. Permainan bersifat real time sehingga pemain dapat melakukan gerakan apapun dan selalu dilacak oleh Kinect. Gerakan yang dibuat oleh pemain (termasuk saat pemain diam) dianggap sebagai input oleh Kinect dan digunakan untuk mengontrol avatar dalam game. Artificial intelligence dalam game juga melakukan aksi selama permainan dodgeball berlangsung. Beberapa gerakan yang dapat dilakukan antara lain melempar (throwing), menangkap (catching), menghindar (dodging), dan mengambil bola (taking). Gerakan – gerakan yang dilakukan artificial intelligence juga dapa dilakukan oleh pemain dengan motion tertentu. Permainan terus berlangsung selama masing – masing tim memiliki pemain aktif dalam area permainan. Apabila salah satu tim tidak memiliki pemain, maka tim tersebut kalah dan tim lawan menang. Gambar

4 menunjukkan kinerja sub-proses gameplay pada game Dodgeball.

gameplay

coin toss

start

start

load resources

initialize game

coin tossed = 0

input user s motion

input user s choice of coin side

AI action

create a random number

team s player empty?

coin side chosen = coin side tossed?

no

yes display winner

yes

assign a ball to player s team

no

assign a ball to enemy s team

coin tossed ++

end Gambar 4. Flowchart Sub-Proses Gameplay

initialize game

start

coin tossed = 2?

no

yes

end

load resources input number of players coin toss

end Gambar 5. Flowchart Sub-Proses Initialize Game

Gambar 6. Flowchart Sub-Proses Coin Toss Pemrograman game Dodgeball memanfaatkan konsep objectoriented programming yang menggunakan beberapa class di dalamnya. Class – class yang digunakan antara lain: class Camera.cs, class Sprite.cs, class Model3D.cs, class Ball.cs, class Player.cs, dan class Field.cs. Class Camera.cs memiliki fungsi untuk mengimplementasikan fixed camera yang menampilkan keseluruhan isi lapangan atau field dari game Dodgeball. Tampilan lapangan ditampilkan dengan ketinggian tertentu dari sudut pandang orang ketiga, tidak dari sudut pandang salah satu pemain (first person) agar orang yang bermain game Dodgeball dapat melihat seluruh kondisi lapangan secara bersamaan, dapat memperhatikan posisi dan gerakan lawan, dan juga kondisi teman satu tim. Selain itu, pemain juga dapat melihat dan memperkirakan arah datangnya bola yang dilempar oleh tim lawan. Class Sprite.cs dan class Model3D.cs mengimplementasikan resource manager yang berfungsi untuk mengendalikan isi gambar, tekstur, model, dan mesh yang dibutuhkan untuk ditampilkan pada layar permainan. Tujuan dari implementasi class Sprite.cs dan class Model3D.cs adalah untuk mempercepat dan mempermudah pemrograman dan proses debugging. Class Model3D.cs juga dimodifikasi agar memiliki collision checking

method berupa implementasi bounding sphere pada model yang ada di dalam class tersebut. Class Ball.cs merupakan derived class dari class Model3D.cs. Class ini mengimplementasikan semua property yang dimiliki bola Dodgeball. Atribut dalam class ini antara lain posisi, kecepatan, dan percepatan. Atribut – atribut dalam class Ball.cs digunakan untuk mengimplementasikan fisika yang terdapat dalam game Dodgeball. Class Player.cs juga merupakan derived class dari class Model3d.cs. Dalam class ini, terdapat property yang dibutuhkan untuk menggerakan model 3D dari pemain. Animasi pergerakan yang dilakukan pemain maupun artificial intelligence diimplementasikan ke dalam class Player.cs. Class Field.cs merupakan class yang mewadahi seluruh class yang menjadi elemen penting dalam permainan olahraga Dodgeball. Menggunakan konsep composition, class Field.cs memiliki 8 objek pemain yang direpresentasikan oleh class Player.cs, 2 objek bola yang direpresentasikan oleh class Ball.cs, dan 1 objek fixed camera yang direpresentasikan oleh class Camera.cs. Selain memiliki property – property bola, pemain, dan kamera, class Field.cs juga memiliki model lapangan yang direpresentasikan class Model3D.cs. Model lapangan mengimplementasikan floor dan virtual wall yang menjadi boundary area dari permainan Dodgeball. Secara teknis, pemain maupun bola tidak dapat melewati boundary area permainan. Class Field.cs juga menjadi penghubung dari main code kepada objek – objek permainan yang dibutuhkan.

Gambar 8. Pergerakan Pemain Ke Depan Gambar 9 dan 10 menunjukkan proses lain yang terjadi dalam game Dodgeball, yaitu pelemparan bola. Action throwing yang terjadi didasarkan pada pergerakan lengan kanan ke belakang untuk bersiap – siap melempar dan ke depan untuk melempar bola ke arah lawan.

6. PENGUJIAN DAN EVALUASI Gambar 7 menunjukkan proses dodging yang dilakukan oleh pemain dalam game Dodgeball. Proses dodging dilakukan hanya dengan mengambil posisi dan pergerakan pemain melalui device Kinect. Gambar 9. Proses Persiapan Melempar Bola

Gambar 7. Proses Dodge dalam Game Dalam melakukan dodging, pemain dapat bergerak bebas ke samping kiri maupun kanan, ke depan maupun belakang, dan dengan berbagai pose. Pergerakan pemain bersifat natural dan tidak dibatasi game controller.

Gambar 10. Proses Pelemparan Bola Pemain juga dapat melakukan action lainnya, yaitu menangkap bola yang dilempar oleh tim lawan. Proses catching dilakukan dengan gesture memajukan kedua lengan ke depan, seolah –olah seperti menangkap bola yang melesat.

Evaluasi virtual reality game Dodgeball dilakukan berupa survey kepada 50 pemain yang telah menguji coba permainan Dodgeball. Pada evaluasi game Dodgeball, terdapat 8 kriteria yang dinilai dari skala 0 hingga 10. Aspek – aspek yang diuji antara lain: 

Tingkat kesenangan permainan (game excitement level)



Tingkat kesulitan permainan (game difficulty level)



Tingkat kemudahan kontrol permainan (game-controlling ease level)



Tingkat ketertarikan permainan (game attractiveness level)



Tingkat responsif permainan (game responsiveness level)

Gambar 11. Proses Penangkapan Bola



Tingkat kerealistisan permainan (game realism level)

Pemain juga dapat mengambil bola mati (dead ball) yang sudah dilempar oleh tim lawan dan mengenai salah satu anggota tim maupun virtual wall yang menjadi boundary area lapangan dengan action take ball. Cara untuk melakukan action ini adalah dengan memosisikan pemain agar sama dengan posisi dead ball.



Tingkat adiktif permainan (game addiction level)



Tingkat kepuasan pemain (player satisfaction level)

Nilai 0 pada kriteria – kriteria diatas menunjukkan negasi atau kebalikan dari kriteria yang disebutkan, dan nilai 10 menunjukkan kriteria yang disebutkan terpenuhi secara menyeluruh. Pada survey, responden juga diminta saran, masukan, serta kritik untuk game Dodgeball. Berikut adalah hasil survey untuk masing – masing kriteria. Tabel 1. Hasil Evaluasi Game Dodgeball Kriteria Pengujian Nilai yang Diperoleh Tingkat kesenangan permainan 7.86 Tingkat kesulitan permainan 5.28 Tingkat kemudahan kontrol permainan 8.84 Tingkat ketertarikan permainan 7.34 Tingkat responsif permainan 9.82 Tingkat kerealistisan permainan 5.68 Tingkat adiktif permainan 7.56 Tingkat kepuasan pemain 8.82 Nilai keseluruhan (rata – rata) 7.65

Gambar 12. Proses Pengambilan Bola Pengujian juga dilakukan untuk collision detection yang digunakan dalam game Dodgeball. Collision detection berguna untuk menentukan apakah pemain dinyatakan keluar dari permainan akibat terkena bola lemparan lawan atau tidak.

7. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:

Gambar 13. Pemain Terkena Lemparan Bola Selain collision detection, pengujian dilakukan kepada proses tumbukan bola terhadap pemain maupun virtual wall. Dengan demikian, maka bola yang bertumbukan mengalami perubahan kecepatan ke arah berlawanan dari arah semula.



Pendeteksian pergerakan pemain melalui device Kinect sudah cukup baik dengan menunjukkan hasil yang relevan. Skeleton yang didapatkan Kinect sesuai dengan animasi pergerakan character game yang bermain dalam permainan Dodgeball.



Nilai dari survey yang didapatkan game Dodgeball adalah 7.65 poin dari 10.00 poin. Game Dodgeball cukup layak disebut sebagai sebuah game karena memiliki elemen – elemen yang wajib dimiliki sebuah game yang baik.



Pergerakan pemain yang terbatas pada field of view Kinect sudah diatasi dengan melakukan scaling pada pergeseran character game dan melakukan translasi agar posisi character game berada sesuai dengan posisi pemain pada dunia nyata.

Dibandingkan dengan game fighting yang digunakan sebagai referensi, game Dodgeball memiliki keunggulan pada segi sistem

permainan karena memiliki projectile berupa bola dodgeball, memiliki fisika permainan, dan memiliki artificial intelligence.

8. REFERENSI [1] Catuhe, D. 2012. Programming with the Kinect for Windows Software Development Kit. USA: Microsoft Press. [2] Drumm, L. 2012. Microsoft XNA 4.0 Game Development Cookbook. UK: Packt Publishing. [3] Jana, A. 2012. Kinect for Windows SDK Programming Guide. UK: Packt Publishing. [4] Juul, J. 2003. The Game, the Player, the World: Looking for a Heart of Gameness. Utrecht: Uthrect University.

[5] Overmars, M. 2007. Designing Good Games. YoYo Games Ltd. [6] Semertzidis, A. 2012. Game Development for Kinect. UK. [7] Webb, J. and Ashley, J. 2012. Beginning Kinect Programming with the Microsoft Kinect SDK. USA: Apress