Membuat Pemodelan 3D dengan Kertas

• Pemodelan kertas adalah hobi membuat berbagai objek 3D dengan memotong dan menempelkan kertas
• Pekerjaan ini memiliki ciri khas membutuhkan kreativitas dan kemampuan pemecahan masalah teknis secara bersamaan melalui melipat, memotong, dan menempel
• Proses pemodelan terdiri dari tiga tahap: pembuatan mesh, unfolding, dan perakitan
• Demi kemudahan perancangan dan perakitan, model dibatasi pada warna tunggal dan permukaan satu sisi, serta kompleksitasnya disesuaikan
• Intinya adalah menghasilkan struktur optimal dan penataan komponen yang efisien melalui perbaikan berulang

---

# Gambaran umum

Pemodelan kertas (papercraft) adalah kegiatan hobi untuk mewujudkan objek dunia nyata atau objek imajiner dalam bentuk 3D hanya dengan kertas dan alat sederhana. Ini merupakan bentuk yang lebih berkembang dari origami, dengan ciri khas menggunakan beberapa lembar kertas, pemotongan, dan pengeleman. Penulis menjelaskan seluruh proses dari perancangan hingga perakitan secara bertahap berdasarkan pengalaman bertahun-tahun dalam pembuatan dan desain.

# Daya tarik sebagai hobi

• Aksesibilitas dan keterjangkauan: Yang dibutuhkan hanya alat dasar seperti kertas, gunting, dan lem, sementara perangkat lunaknya pun banyak alternatif gratis. Jika ada komponen yang rusak karena kesalahan, cukup cetak ulang. Biaya pembuatannya juga murah
• Perpaduan teknis dan kreatif: Karena perlu optimasi, perancangan, dan eksperimen berulang di bawah berbagai batasan, hobi ini merangsang cara berpikir rekayasa sekaligus kreativitas
• Kemungkinan berkarya yang nyaris tanpa batas: Dengan kesabaran dan imajinasi, hampir semua objek bisa diwujudkan sebagai model 3D

# Batasan yang ditetapkan sendiri dan alasannya

• Semua komponen hanya menggunakan kertas
• Setiap komponen hanya memakai satu warna, dan dilarang mencetak tekstur atau pola
• Struktur yang rumit atau melengkung diperkirakan dengan polihedron sederhana
• Batasan ini meningkatkan prediktabilitas dan kemudahan perakitan, serta kestabilan struktur. Penggunaan tekstur atau kurva memang mempermudah representasi, tetapi dalam perakitan nyata justru menambah banyak variabel. Karena itu, pendekatannya adalah mengekspresikan esensi objek hanya lewat struktur murni

# Tujuan desain

• Kemudahan perakitan: Harus dibuat agar tidak saling bersilangan dan mudah ditempel dengan tangan. Jika perakitannya sulit, bentuk akhir juga tidak akan terlihat bagus
• Estetika: Hasil akhir harus mirip dengan objek aslinya dan enak dipandang
• Penghematan sumber daya: Mengurangi pemborosan kertas dan memakai komponen secara efisien

Seperti dalam rekayasa nyata, perlu mencari titik konflik dan kompromi di antara tujuan-tujuan ini

# Tahapan pemodelan kertas 3D

Mesh Modeling(pemodelan mesh)

• Tujuan: kemudahan perakitan dan kualitas estetika
• Bentuk khas objek nyata (misalnya SR-71 Blackbird) dirancang sebagai mesh polihedron
• Cara mendistribusikan jumlah dan penempatan poligon (alokasi resolusi) sangat penting
  • Jika terlalu detail, tingkat kesulitan perakitan melonjak; jika terlalu sederhana, kemiripan dengan objek asli berkurang
  • Biasanya beberapa ratus poligon sudah cocok
• Topologi: mengutamakan simetri, menghindari bagian yang terlalu tipis atau sempit, dan sebisa mungkin disarankan memakai quad (segi empat)
• Metode
  • Mudah: menggunakan mesh low-poly yang sudah ada (Thingiverse, Printables, dll.)
  • Menengah: mengubah mesh resolusi tinggi dengan alat penyederhanaan mesh (Meshlab, dll.)
    • Namun, penyederhanaan mesh otomatis bisa menimbulkan masalah seperti asimetri atau struktur
  • Sulit: membuat mesh langsung dengan alat seperti Blender
    • Memanfaatkan mirror modifier Blender, 3D Print Toolbox, dan lain-lain
    • Meski ingin membuatnya detail, menyisakan bagian seminimal mungkin justru lebih menguntungkan untuk perakitan nyata
    • Model SR-71 yang sebenarnya terdiri dari 732 muka segitiga (kemudian dioptimalkan menjadi 636 muka)

Mesh Unfolding(unfolding mesh)

• Tujuan: kemudahan perakitan dan penghematan sumber daya
• Proses memecah mesh 3D menjadi template komponen 2D, disebut 'Unfolding'
• Menggunakan Pepakura Designer(berbayar/Windows), Unfolder for Mac(berbayar), Blender Paper Model plugin(gratis), dan lain-lain
• 'Template yang baik' memiliki pengelompokan komponen yang intuitif dan alur perakitan yang jelas
• Saat menentukan ukuran, jika terlalu kecil komponen sulit dimanipulasi, dan jika terlalu besar bisa tidak muat di kertas. Rata-rata panjang 25 inci (sekitar skala 1:50) dianggap pas
• Menentukan jumlah komponen: Jika terlalu sedikit, tiap bagian menjadi rumit dan sulit dirakit; jika terlalu banyak juga justru tidak efisien. Komponen dibagi berdasarkan unit yang logis (misalnya engine intake, nosecone, dll.)
• Penataan: Penataan otomatis oleh perangkat lunak memang mengurangi penggunaan kertas, tetapi membuat posisi komponen lebih sulit dipahami dan kurang intuitif. Karena itu, komponen disusun ulang secara manual ke dalam kelompok yang logis
• Struktur flap(tab perekat): flap untuk menghubungkan komponen sangat menentukan kestabilan struktur dan tingkat kesulitan perakitan
  • Distribusi flap saling silang (flaps interlaced) meningkatkan kestabilan struktur, sementara menumpuk semuanya di sisi yang sama (same-side) bisa meningkatkan kemudahan perakitan dalam situasi tertentu
  • Keduanya diterapkan secara campuran sesuai kebutuhan

Assembly(perakitan)

• Template PDF yang telah dirancang dicetak, komponen disiapkan, lalu perakitan dimulai
• Bahan: karton 65lb(176g/m²), Tacky Glue(lem yang masih bisa digeser posisinya), printer, gunting atau cutter, penggaris, scoring tool(untuk membuat garis lipatan), tusuk gigi(untuk mengoles lem), penjepit, cutting mat, dll.
• Untuk alat tingkat lanjut, bisa memakai mesin pemotong otomatis seperti Cricut atau Silhouette
• Proses perakitan
  1. Memotong
  2. Scoring(membuat garis lipatan)
  3. Folding(melipat)
  4. Gluing(menempel)
• Sensasi dan alur perakitan dapat berbeda tergantung apakah setiap tahap dikerjakan sekaligus per komponen atau untuk seluruh pekerjaan. Penulis menyeimbangkan waktu dan kualitas hasil dengan metode pemrosesan massal per bagian
• Waktu perakitan nyata memakan sekitar 6-8 jam (bervariasi tergantung ukuran model dan jumlah komponen)
• Tip
  • Gunakan lem sedikit saja: karena sifat kertas, lem yang berlebihan justru bisa sangat merusak
  • Mulai dari bagian yang rumit: bagian yang membutuhkan perhatian lebih sebaiknya dikerjakan lebih dulu saat kebebasan perakitan masih tinggi
  • Selesaikan di bagian tersembunyi: seiring perakitan, kesalahan kecil dan noda akan menumpuk, jadi komponen terakhir sebaiknya ditempatkan di area yang tidak terlalu terlihat dari luar

Iteration(perbaikan berulang)

• Saat benar-benar merakit, masalah desain kecil, muka yang tidak perlu, asimetri, dan titik perbaikan lain akan berulang kali ditemukan
• Dengan perangkat lunak seperti Blender, render bisa dilakukan berkali-kali dengan cepat lalu direvisi berulang, sehingga sangat menghemat waktu dan sumber daya dibanding langsung merakit fisiknya

# Kesimpulan

• Melalui proses desain model kertas 3D, pembuatan, dan perbaikan berulang, dimungkinkan menghasilkan karya yang estetis sekaligus praktis
• Prosesnya bisa memakan waktu berbulan-bulan, tetapi rasa pencapaian dan keseruan proses pembuatannya sangat besar
• Karena template dan gambar dudukannya dibagikan dalam bentuk PDF, siapa pun bisa mencoba membuatnya sendiri

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Ada karya terkenal Toshikazu Kawasaki dalam versi origami SR-71, dibuat dengan cara tradisional melipat satu lembar kertas persegi tanpa memotongnya. Detailnya memang tidak setara versi papercraft, tetapi sangat berhasil menangkap ikonografi pesawat aslinya
  • Tautan langsungnya bisa dilihat di sini
  • Menurutku itu sangat keren. Akan menyenangkan kalau ada juga versi origami Lockheed F-117 Nighthawk; desainnya yang serba bersudut terasa sangat cocok untuk origami
• Waktu kecil aku sangat suka papercraft, terutama "pepakura". Aku pernah mencetak, membuat, dan memakai helm Halo 3. Rasanya seperti puzzle, tapi jauh lebih keren. Untuk finishing ada proses resin botol kuning dan biru, lalu diamplas dan dicat, tetapi pada akhirnya model buatanku selalu berhenti di tahap kertas saja. Hobi ini murah dan sangat menyenangkan, dan sampai sekarang tetap jadi kenangan berharga
  • Sumber "origami CAD" Pepakura bisa dilihat di sini
• Aku selalu penasaran seperti apa bentuk Elements jika Euclid memasukkan origami ke dalam prinsip-prinsip pertamanya. Origami itu sangat kuat; membagi sudut menjadi tiga, atau bahkan membaginya menjadi n bagian untuk sembarang n hingga, itu mungkin dilakukan. Untuk menggambar lingkaran, kompas tetap diperlukan

    Penggaris dan kompas
    Neusis
    Origami
  

  Dengan begitu, himpunan alatnya menjadi sangat kuat
  • Orang Yunani juga meneliti banyak topik di luar aksioma klasik, misalnya neusis, irisan kerucut, dan kuadratur Archimedes. Mereka lebih menyukai aksioma yang lebih sederhana karena alasan estetika, tetapi bukan berarti mereka menolak gagasan lain sepenuhnya. Hanya saja, orang Yunani kuno tidak terpikir tentang origami. Matematikawan modern sudah meneliti origami sejak tahun 1980-an. Jika ingin tahu lebih banyak tentang aksioma Huzita–Hatori, lihat di sini. Dengan origami, pembagian sudut menjadi tiga yang mustahil dilakukan hanya dengan penggaris dan kompas biasa menjadi mungkin. Video terkait bisa dilihat di sini. Origami memang lebih kuat daripada penggaris dan kompas, tetapi tidak sampai membuka lompatan komputasi yang benar-benar baru seperti kalkulus, sistem bilangan riil, limit, dan sebagainya. Pada akhirnya, sepertinya ini tidak akan terlalu mengubah jalannya sejarah
  • Ada pernyataan bahwa "origami itu kuat, sudut bisa dibagi menjadi n bagian". Kalau begitu, aku jadi penasaran apakah dengan origami kita bisa membuat heptagon yang benar-benar presisi tanpa galat. Karena itu mustahil hanya dengan penggaris lurus dan kompas, secara intuitif kurasa batasan tertentu tetap berlaku
  • Akira Yoshizawa pernah memakai origami di pabrik sungguhan untuk menyampaikan konsep geometri dan rekayasa
• Ada situs web papercraft buatan Canon yang berisi banyak model dengan berbagai tingkat kesulitan. Anakku terutama suka model yang bisa bergerak. Bisa dilihat di tautan ini
• Aku pernah bertanya-tanya ke mana perginya model kertas X-15 milikku setelah aku masuk wajib militer. Banyak model bisa dibeli atau diunduh, tetapi menurutku alat representatif untuk pekerjaan seperti ini adalah Pepakura Designer. Seperti yang disebut coldfoundry, ada juga alat lain yang tak terduga, yaitu PythonSCAD; dengan PythonSCAD, kamu bisa membuat model 3D dalam OpenSCAD atau Python lalu mengekspornya sebagai "Foldable PS". Fitur ini membantu mengotomatiskan pekerjaan
• Kalau suka papercraft dan game Homeworld, aku merekomendasikan kumpulan berbagai model kertas Homeworld. Aku ingat adik perempuanku sempat membuat beberapa di antaranya pada awal hingga pertengahan 2000-an. Bisa diunduh di sini
  • Model Kushan Carrier terlihat persis seperti papercraft Homeworld yang kubuat sendiri waktu kecil. Di file readme tertulis, “kalau ini yang pertama, jangan mulai dari yang ini”, dan aku masih ingat bagaimana waktu kecil aku mengabaikan peringatan itu dan tetap nekat mencobanya
• Di Polandia, model kertas dulu sangat populer. Tiga puluh lima tahun lalu aku biasa merakit model pesawat dari kertas, dan biasanya satu model selesai dalam dua hari. Belakangan aku membeli lagi untuk mencobanya, tetapi tren sudah berubah, dan sekarang model ‘reductionist’ yang dibuat semirip mungkin dengan aslinya sedang dominan. Model pesawat yang kubeli punya 160 komponen, bahkan bagian nyata berukuran 10 cm pun direproduksi semuanya. Setelah dua minggu, aku masih berkutat di kokpit. Model kertas SR-71 bisa dilihat di sini; dari gambar pola, tampaknya ada lebih dari 167 bagian, dan komponen detailnya belum termasuk
• Akan terlihat lebih realistis jika berbagai bidang itu diganti menjadi permukaan silinder atau kerucut yang lebih besar, yaitu permukaan lengkung yang bisa dibentangkan ke 3D. Kertas toh bisa dilengkungkan. Aku penasaran apakah ada algoritma untuk mengaproksimasi geometri 3D sembarang dengan kombinasi bidang datar, permukaan silinder, dan kerucut. Di fabrikasi pelat logam pun ada batasan yang sama
  • Aku adalah pembuat aslinya. Seharusnya tadi aku menjelaskan batasan ini lebih rinci. Banyak model papercraft memang memakai permukaan silinder atau kerucut, tetapi secara gaya aku memilih hanya menggunakan bidang datar. Estetika karya ini terletak pada aproksimasi, bukan realisme sempurna. Selain itu, tidak semua kertas melengkung dengan cara yang sama; berat dan tekstur kertas atau karton memengaruhi kelengkungannya. Kalau hanya memakai bidang datar, variabel semacam itu bisa dikeluarkan dari proses perakitan
  • Batasan bentuk seperti ini disebut ‘developable surface’ (permukaan yang dapat dibentangkan, kelengkungan Gaussian 0). Menyesuaikan satu permukaan lengkung ke satu himpunan titik hampir selalu mudah, tetapi menggabungkan beberapa permukaan seperti itu agar bisa mengaproksimasi satu bentuk utuh dengan baik sangatlah sulit, rasanya seperti masalah NP-hard. Ini sejenis dengan yang ada di industri 3D scanning sungguhan: mengambil point cloud atau mesh, mendeteksi bidang datar, silinder, dan area fillet, lalu mencocokkan primitive yang sesuai. Karena itu, hanya sedikit perangkat lunak yang mencoba fitur ini, dan hampir selalu tetap membutuhkan campur tangan manusia. Ini masalah yang sangat menarik
  • Penulisnya memang secara sengaja menyebut bahwa ini dibuat tanpa permukaan lengkung. Memakai permukaan silinder atau kerucut akan melanggar batasan tersebut
• Menurutku judul yang lebih tepat adalah “3D Rendering with Paper”, karena proses pemodelannya sangat mirip dengan 3D modeling pada umumnya. Secara teori, kalau kertas, pemotongan, dan lemnya sempurna, peta UV apa pun bisa dicetak lalu dilipat dan direkatkan menjadi model kertas
  • Peta UV, terutama untuk model low-poly, umumnya tidak punya hubungan geometri 1:1 dengan poligon aslinya. Bagian yang detail akan memakan lebih banyak ruang pada peta UV, bagian yang diulang atau dicerminkan bisa saling bertumpuk, dan tab yang dibutuhkan untuk perakitan nyata juga tidak termasuk di peta UV
• Saat kecil di Ceko, model kertas sangat umum. Di majalah anak-anak selalu ada, dan setahuku ini budaya khas kawasan ini saja—Ceko, Polandia, Slovakia
  • Budaya seperti ini juga populer di Uni Soviet; setidaknya di negara-negara Baltik pada tahun 70-an, ini cukup banyak dinikmati