Thème : Avancées scientifiques et réalisations techniques
Sujet: Evolution de l'image
Problématique: La 4D est elle l'étape suivante dans l'évolution de l'image?
Introduction
I/ L'oeil, le cerveau et l'image. Comment perçoit on en relief?
a) Vision monoculaire
b) Voir en relief, vision binoculaire
c) Anomalies de la vision
d) Les effets de la 3D sur notre santé
II/ Quelles sont les différentes techniques 3D?
a) Anaglyphes
b) Projection polarisée
c) Projection alternée
d) Autostéréoscopie
III/ La 4D, l'immersion dans l'image?
a) Qu'est ce que la 4D ?
b) Comment la perçoit-on ?
c) Les hologrammes
d) Conclusion : l'imprimante 3D
Introduction
Nous nous sommes donc demandé si la 4D était la prochaine étape dans l'évolution de l'image.
Nous avons tout d'abord traité la vision en relief de l'oeil, puis nous nous sommes intéressés aux différentes techniques 3D utilisées et enfin nous avons remarqué l'apparition de la 4D.
La vision monoculaire
L’œil est un organe du corps humain. Il reçoit 80% des informations extérieures, il est donc indispensable pour interagir avec l'extérieur.
Sa composition :
- la cornée, responsable de l'éclairage.- le cristallin, qui permet les ajustements de la distance
Le cristallin et la cornée permettent la formation de l'image sur la rétine.
- la rétine est située au fond de l’œil
- les humeurs aqueuses
Comment apparaît une image ?
L’œil capte la lumière reflétée, cette image se dépose ensuite dans la rétine à l'envers. Puis, elle stimule les cônes et les bâtonnets. Cela permet de créer un message nerveux qui est acheminé jusqu'au cerveau. Enfin le cerveau interprête ces messages et recrée l'image.
La vision binoculaire
Chaque œil perçoit la même scène avec cependant un léger décalage spatial dû à l’écart naturel des deux yeux. Cette différence est une condition essentielle pour percevoir le relief. Les deux vues se complètent pour donner au cerveau une vision d’ensemble à interpréter. Lorsque nous regardons un objet, notre œil droit et notre œil gauche ne le voient donc pas sous le même angle et le perçoivent différemment.
Prenons l'exemple d'un cube, placé en face de soi. La vision de l’œil gauche est différente de celle de l’œil droit. Le cerveau se charge de faire la synthèse des deux images et de restituer une seule image en relief qui est conforme à l’objet.
La face gauche du cube parait plus grande vue par l’œil gauche que vue par l’œil droit, et inversement pour la face droite du cube.
Grâce à la vision différenciée de nos yeux, nous sommes capables d’évaluer la distance d’un objet par rapport à soi et de nous rendre compte qu'un objet est plus éloigné qu'un autre.
Prenons l'exemple d'un cube, placé en face de soi. La vision de l’œil gauche est différente de celle de l’œil droit. Le cerveau se charge de faire la synthèse des deux images et de restituer une seule image en relief qui est conforme à l’objet.
La face gauche du cube parait plus grande vue par l’œil gauche que vue par l’œil droit, et inversement pour la face droite du cube.
Grâce à la vision différenciée de nos yeux, nous sommes capables d’évaluer la distance d’un objet par rapport à soi et de nous rendre compte qu'un objet est plus éloigné qu'un autre.
Les anomalies de la vision
La 3D est elle visible par tous les individus?
Certaines anomalies de la vision empêchent de percevoir la 3D:
1) Le strabisme
Le strabisme désigne une irrégularité intervenant dans l'axe de vision des yeux. Une personne atteinte de strabisme possède des yeux avec un axe de vision différent dû à une faiblesse musculaire et neurologique d'un des yeux. On peut distinguer 3 différents formes de strabisme:
A- Strabisme convergent (estropie)
C'est le strabisme le plus commun chez les personnes atteintes de cette maladie. L'un des deux yeux possède un axe de vision normal tandis que l'autre est orienté vers l'intérieur. l'individu malade reçoit donc deux informations totalement différentes. Il finit donc par ignorer l'une d'entre elles. On dit alors qu'il a perdu sa vision binoculaire nécessaire à la vision de la 3D.
B- Strabisme divergent (exotropie)
Comme pour le strabisme convergent, les personnes atteintes d'exotropie ont un oeil possedant un axe de vision normal cependant le deuxième oeil est dirigé vers l'extérieur. Le cerveau analyse alors les images comme si l'individu n'était pas atteint de strabisme. Ces deux images étant différentes, l'individu présente donc une vision double.
C- Strabisme vertical (hypertropie / hypotropie)
Chez un individu présentant un strabisme vertical, un des yeux possede un axe de vision normal tandis que l'autre s'oriente vers le haut (hypertropie) ou vers le bas (hypotropie). Ces deux types de strabisme sont très rares (3% des cas).
Ces différents strabisme empêchent la vision binoculaire, et donc la perception du relief.
Chaque oeil regarde une image différente ainsi le cerveau n'arrive pas à les superposer pour former une profondeur.
La vision binoculaire est donc indispensable à la perception de la 3D.
Ces différents types de daltonisme empêchent la perception d'une des trois couleur primaires, la vision d'anaglyphes est alors impossible.
La vision trichromatique est donc indispensable a la perception de la 3D par anaglyphes.
2) Le daltonisme
On peut différencier plusieurs stades de qualité de la vision : la vision trichromatique (vision normale avec tous les cônes fonctionnels) et la vision dichromatique (vision anormale avec seulement deux types de cônes fonctionnels). Les personnes atteintes de daltonismes ont une vision dichromatique. On peut distinguer chez les malades 3 types de daltonisme.A- Protanopie
Les cônes de réception du rouge qui tapissent la rétine sont absents. Les individus atteints sont insensibles aux longueurs d'ondes aux alentours de 590nm, ils ne perçoivent donc pas le rouge.B- Deutéranopie
Les daltoniens deutéranopes ne présentent aucun des cônes sensibles aux longueurs d'ondes avoisinant les 540nm. Ils ne perçoivent donc pas le vert.C- Tritanopie
Les individus ne présentent aucun cônes de réception du bleu (sensibles aux longueurs d'ondes avoisinant les 450nm). Les individus atteint de daltonisme tritanope ne perçoivent donc pas le bleu.Ces différents types de daltonisme empêchent la perception d'une des trois couleur primaires, la vision d'anaglyphes est alors impossible.
La vision trichromatique est donc indispensable a la perception de la 3D par anaglyphes.
Le test d'Ishihara
Interprétation du test:
a. Tout le monde voit 12.
b. Vision normale : 8 - Déficience rouge-vert : 3.
c. Vision normale : 5 - Déficience rouge-vert : 2.
d. Vision normale : 2 - La plupart des dischromates ne voient rien, ou de façon erronée.
e. Les sujets normaux et les dischromates très faiblement atteints ne perçoivent rien - Déficience rouge-vert :5
f. Vision normale : 26 - Protanopie : 6. Deutéranopie : 2.
La 3D a t elle des effets négatifs sur notre santé ?
Une récente étude de l’Université de Technologie d’Eindhoven, aux Pays-Bas, a montré que 17% des sujets à qui l’on présentait un texte 3D à une distance de trois mètres se plaignaient d'effets négatifs.
Les symptomes exprimés sont : fatigue visuelle, maux de tête, nausées, vision floue, désorientation, tension,etc ..
On remarque que les personnes souffrant de troubles oculomoteurs, celles ayant une mauvaise qualité de leur vision et les jeunes enfants en cours de rééducation de l'amblyopie sont des populations particulièrement sensibles aux effets de cette technologie.
La 3D, une contradiction pour le cerveau ?
On peut expliquer cette genre assez simplement : notre cerveau est soumis à une contradiction. En effet, nos yeux lui disent que notre corps est en mouvement alors que notre oreille interne (à la base de l’équilibre) et les mécano-récepteurs de nos articulations lui indiquent le contraire. Ce conflit provoque les effets secondaires précédents, car notre cerveau se demande comment gérer la confusion.
Certains effets néfastes sur la vue ont été observés, néanmoins le manque d’étude à ce sujet ne permets de tirer aucune conclusion définitive sur les conséquences à long terme de la 3D sur notre santé.
La communauté scientifique s'intéresse au conflit d’accommodation-convergence, car c'est le seul facteur dont elle est sûre qu’il provoque des nausées et des maux de tête. « Vos yeux ainsi que votre cerveau doivent travailler plus dur afin de conserver l’alignement de la vision » explique le Docteur James Salz, (un des porte-paroles officiels de l’American Academy of Ophtalmology).
D'autres hypothèses :
- Un autre de ces effets est appelé « vergence verticale » : si l’on penche la tête sur le côté en regardant un film en 3D,ce changement d’orientation oblige l’un de vos yeux à regarder vers le haut et l’autre vers le bas. Cette désorientation peut engendrer inconfort et nausées. ( toutefois, aucune étude n’a pu analyser pertinemment les effets de ce phénomène.
- On remarque également que les images 3D peuvent générer une diaphonie (ou cross-talk), à la manière d’une enceinte, manifestée par l’apparition d’images fantômes. L’image peut alors apparaître flou et altérer l’effet 3D. Bien que gênant pour le spectateur, cet effet ne nuit pas à la santé d’après les médecins.
La société de consommation de ce dernier siècle fournit de nombreux exemple d’hypervigilance, comme la cigarette (inquiétude avérée), le micro-ondes (inquiétude excessive), et les radiations émises par les téléphones portables (toujours aucune certitude officielle).Pour ce qui est de la 3D, à ce jour les recherches menées ne démontrent ni que les écrans 3D ont des effets néfastes sur la santé ; ni que la 3D est inoffensive. Nous pouvons alors être confiants ou sceptiques, jusqu’à ce que des preuves soient établies.
La persistance rétinienne
La persistance rétinienne est le processus qui consiste à conserver chaque image captée par la rétine durant une fraction de seconde avant de disparaître.
Animation illustrant la persistance rétinienne : lorsqu'on fixe le point sur la première image colorée, on distingue pendant un court laps de temps les couleurs des murs sur la deuxième image qui est pourtant en noir et blanc
Animation illustrant la persistance rétinienne : lorsqu'on fixe le point sur la première image colorée, on distingue pendant un court laps de temps les couleurs des murs sur la deuxième image qui est pourtant en noir et blanc
Anaglyphes
La projection anaglyphique, est une technique cinématographique, arrivée en salle en 1936 grâce à Louis Lumière.
Comment les anaglyphes fonctionnent-ils ?
Les lunettes anaglyphes sont composées de deux filtres colorés, l'un rouge (placé devant l'œil gauche) l'autre cyan (devant l'œil droit).
Après plusieurs essaies d'images anaglyphes à partir du logiciel Gimp ( Galerie d'anaglyphes ) , avons rapproché les anaglyphes au principe de synthèse soustractive. En effet, le filtre rouge absorbe les radiations "bleues" et "vertes". Ce sont les mêmes radiations qui composent la couleur cyan.
Le cyan de l'image est absorbé par le filtre rouge et aucune lumière ne parvient jusqu'à l'oeil : l'individu perçoit alors du noir. A partir de cette combinaison entre un filtre de couleur complémentaire et un filtre de couleur primaire on observe que CYAN+ROUGE=NOIR.
Ce même principe s'applique aux anaglyphes : On donne un impression de relief aux images grâce à une reproduction de la synthèse soustractive avec le matériel, ici cinématographique.
-Les caméras avec des verres teintés différents, en général rouge pour le verre gauche et cyan (bleu+vert) pour le verre de droite, donnent au rayon lumineux les traversant l'apparence de la couleur du verre teinté.
-Les lunettes 3D utilisées pour voir le relief correspondront donc aux verres, c'est à dire généralement un filtre rouge pour le verre de gauche et un filtre cyan pour le verre de droite.
L'image rouge est "éliminée" par le filtre cyan de la partie droite des lunettes, et devient alors presque noire, tandis que l'image cyan devient très claire : l'œil droit correspondant ne voit alors que l'image de droite. Il se passe exactement l'inverse pour l'œil gauche qui ne voit que l'image de gauche par effet de contraste. Ainsi, chaque œil reçoit une image différente et le relief est perçu.
Le choix des filtres des lunettes doit donc correspondre à la décomposition des couleurs utilisées pour former l'image, d'autres combinaisons de filtres sont alors possibles, comme le vert avec le magenta (rouge+bleu) ou bien le jaune et le bleu. Au contraire, un filtre jaune n'est pas compatible avec un filtre rouge par exemple.
Parfaitement adaptée à la stéréoscopie en numérique, cette technique peu onéreuse (se limitant aux lunettes anaglyphiques) facilite le passage de la 2D à la 3D par sa simplicité.
Cependant, les couleurs du sujet initial avec les anaglyphes en couleurs ne pas toujours exactement respectées: certaines couleurs passent mal. C'est le cas du rouge et du bleu foncé. De plus, cette technique est éprouvante pour les yeux : après une utilisation prolongée, certains utilisateurs ressentent des maux de tête.
Aujourd'hui, l'anaglyphe est un procédé bien utilisé en salle, comprenant une découpe du spectre plus sophistiqué que la simple sélection de couleurs complémentaires utilisée au début de la création de cette méthode, et nécessite donc une plus grande précision.
Afin de corriger les inconvénients des analgyphes, la méthode est perfectionnée, comme par exemple avec l'apparition de la Variante Infitec. Cette technique nécessite deux projecteurs normaux avec devant chacun un filtre Infitec, un ecran blanc et des lunettes spéciales correspondant (DOLBY 3D). Ce qui diffère de l'ancienne technique, c'est le nombre de couleurs utilisées pour chaque oeil. En effet, il s'agit d'un filtrage tricolore (RVB) pour chaque œil : R1 V1 et B1 pour le premier, R2 V2 et B2 pour le second. L'utilisateur ne percevra pas les différences entre les couleurs tant elle sont faibles. Ainsi, cette technique élimine le principal défaut des anaglyphes, le mauvais rendu de certaines couleurs.
Comment les anaglyphes fonctionnent-ils ?
Les lunettes anaglyphes sont composées de deux filtres colorés, l'un rouge (placé devant l'œil gauche) l'autre cyan (devant l'œil droit).
Après plusieurs essaies d'images anaglyphes à partir du logiciel Gimp ( Galerie d'anaglyphes ) , avons rapproché les anaglyphes au principe de synthèse soustractive. En effet, le filtre rouge absorbe les radiations "bleues" et "vertes". Ce sont les mêmes radiations qui composent la couleur cyan.
Ce même principe s'applique aux anaglyphes : On donne un impression de relief aux images grâce à une reproduction de la synthèse soustractive avec le matériel, ici cinématographique.
-Les caméras avec des verres teintés différents, en général rouge pour le verre gauche et cyan (bleu+vert) pour le verre de droite, donnent au rayon lumineux les traversant l'apparence de la couleur du verre teinté.
-Les lunettes 3D utilisées pour voir le relief correspondront donc aux verres, c'est à dire généralement un filtre rouge pour le verre de gauche et un filtre cyan pour le verre de droite.
L'image rouge est "éliminée" par le filtre cyan de la partie droite des lunettes, et devient alors presque noire, tandis que l'image cyan devient très claire : l'œil droit correspondant ne voit alors que l'image de droite. Il se passe exactement l'inverse pour l'œil gauche qui ne voit que l'image de gauche par effet de contraste. Ainsi, chaque œil reçoit une image différente et le relief est perçu.
Le choix des filtres des lunettes doit donc correspondre à la décomposition des couleurs utilisées pour former l'image, d'autres combinaisons de filtres sont alors possibles, comme le vert avec le magenta (rouge+bleu) ou bien le jaune et le bleu. Au contraire, un filtre jaune n'est pas compatible avec un filtre rouge par exemple.
Parfaitement adaptée à la stéréoscopie en numérique, cette technique peu onéreuse (se limitant aux lunettes anaglyphiques) facilite le passage de la 2D à la 3D par sa simplicité.
Cependant, les couleurs du sujet initial avec les anaglyphes en couleurs ne pas toujours exactement respectées: certaines couleurs passent mal. C'est le cas du rouge et du bleu foncé. De plus, cette technique est éprouvante pour les yeux : après une utilisation prolongée, certains utilisateurs ressentent des maux de tête.
Aujourd'hui, l'anaglyphe est un procédé bien utilisé en salle, comprenant une découpe du spectre plus sophistiqué que la simple sélection de couleurs complémentaires utilisée au début de la création de cette méthode, et nécessite donc une plus grande précision.
Afin de corriger les inconvénients des analgyphes, la méthode est perfectionnée, comme par exemple avec l'apparition de la Variante Infitec. Cette technique nécessite deux projecteurs normaux avec devant chacun un filtre Infitec, un ecran blanc et des lunettes spéciales correspondant (DOLBY 3D). Ce qui diffère de l'ancienne technique, c'est le nombre de couleurs utilisées pour chaque oeil. En effet, il s'agit d'un filtrage tricolore (RVB) pour chaque œil : R1 V1 et B1 pour le premier, R2 V2 et B2 pour le second. L'utilisateur ne percevra pas les différences entre les couleurs tant elle sont faibles. Ainsi, cette technique élimine le principal défaut des anaglyphes, le mauvais rendu de certaines couleurs.
Ondes lumineuses
La lumière est un déplacement de particules énergétiques dénuées de masse, les photons, qui sont porteurs des interactions électromagnétiques. Ces ondes électromagnétiques sont constituées d’un champ magnétique noté $\vec{B}$ et d'un champ électrique noté $\vec{E}$, perpendiculaires l’un l’autre sur la direction de propagation. Ceci, permet donc à l’onde lumineuse de se propager jusqu'à l’écran.
En bleu: le champ électrique $\vec{E}$
En rouge : le champ magnétique $\vec{B}$
Chaque onde électromagnétique est associée à une valeur appelée longueur d’onde et à une fréquence :
l = c / h
l est la longueur d’ondes en mètres
c est la célérité de la lumière dans le vide (c=3,00 x $10^8$ $m.s^{-1}$)
h est la fréquence en Hz (avec f = 1 / T et T est la durée d’une période)
Schéma d’une onde lumineuse, dans le cas d’une polarisation rectiligne, en propagation avec son champ électrique et son champ magnétique , ayant un angle de 90° l’un l’autre.
En bleu: le champ électrique $\vec{E}$
En rouge : le champ magnétique $\vec{B}$
Chaque onde électromagnétique est associée à une valeur appelée longueur d’onde et à une fréquence :
l = c / h
l est la longueur d’ondes en mètres
c est la célérité de la lumière dans le vide (c=3,00 x $10^8$ $m.s^{-1}$)
h est la fréquence en Hz (avec f = 1 / T et T est la durée d’une période)
Polarisation
La polarisation est une propriété des ondes vectorielles telles que la lumière, décrivant l'orientation de leurs oscillations. La polarisation correspond à la direction et à l’amplitude du champ électrique . Pour une onde non polarisée ou naturelle, tourne autour de son axe de façon aléatoire et imprévisible au cours du temps. Polariser une onde correspond à donner une trajectoire définie au champ électrique. La lumière qui nous entoure est une onde non polarisée, c'est-à-dire qu'elle « vibre » dans tous les sens. Il est possible de lui imposer une orientation particulière en la filtrant à l’aide d’un filtre polarisant. La lumière devient alors orientée dans l'espace, on dit qu'elle est « polarisée ».
Les ondes lumineuses peuvent subir différents types de polarisation.
Il existe 3 états de polarisation :
-Une lumière naturelle peut être polarisée rectilignement grâce à un polariseur par absorption. $\vec{E}$ a alors une direction bien définie dans l'espace. L'extrémité du vecteur $\vec{E}$ décrit un segment de droite dans le plan d'onde (P).
-Une onde est polarisée elliptiquement si l'extrêmité de son vecteur champ électrique $\vec{E}$ décrit, au cours du temps, une ellipse dans le plan d'onde P (L'origine du vecteur $\vec{E}$ sera au centre de l'ellipse)
-La polarisation est dite circulaire lorsque la figure décrite au cours du temps par le champ électrique est un cercle.
Ici, seul le premier entre dans le contexte du cinéma.
Les ondes lumineuses peuvent subir différents types de polarisation.
Il existe 3 états de polarisation :
-Une lumière naturelle peut être polarisée rectilignement grâce à un polariseur par absorption. $\vec{E}$ a alors une direction bien définie dans l'espace. L'extrémité du vecteur $\vec{E}$ décrit un segment de droite dans le plan d'onde (P).
-Une onde est polarisée elliptiquement si l'extrêmité de son vecteur champ électrique $\vec{E}$ décrit, au cours du temps, une ellipse dans le plan d'onde P (L'origine du vecteur $\vec{E}$ sera au centre de l'ellipse)
-La polarisation est dite circulaire lorsque la figure décrite au cours du temps par le champ électrique est un cercle.
Ici, seul le premier entre dans le contexte du cinéma.
Projection polarisée
Le principe de la polarisation est couramment utilisé au cinéma pour projeter des films en 3D et donner une impression de relief aux spectateurs. Cette méthode apparue en 1893 grâce à un brevet John Anderton, s'est répandue durant les années 1950.
Deux projecteurs espacés de 6,5cm, récréant la distance entre les yeux afin de simuler la vision binoculaire, projettent sur un écran particulier deux séquences vidéos simultanément .
Chacun des filtres est équipé d'un filtre polarisant : vertical pour l'objectif gauche, horizontal pour l'objectif droit.
Le filtre permet de donner une orientation aux ondes lumineuses, conservant la même direction jusqu'à l’écran.
Ainsi, la séquence de gauche est polarisée verticalement et la séquence de droite, horizontalement.
La trajectoire des ondes projetées simultanément se résume donc à une courbe rectiligne sur un plan et une courbe sinusoïdale sur un autre plan.
L’œil humain, insensible à la polarisation, perçoit de la même manière chaque onde sans prendre en compte son orientation. Une onde lumineuse polarisée verticalement et horizontalement seront donc vue de façon similaire.
La projection observée sans lunettes sera alors composée de deux images sans relief légèrement espacées.
Il faut donc que le spectateur porte des lunettes avec des verres polarisés correspondant chacun à un projecteur polarisant (vertical pour un oeil et horizontal pour l'autre oeil) pour qu'une unique image en relief soit restituée.
Pour récapituler :
Deux projecteurs espacés de 6,5cm, récréant la distance entre les yeux afin de simuler la vision binoculaire, projettent sur un écran particulier deux séquences vidéos simultanément .
Chacun des filtres est équipé d'un filtre polarisant : vertical pour l'objectif gauche, horizontal pour l'objectif droit.
Le filtre permet de donner une orientation aux ondes lumineuses, conservant la même direction jusqu'à l’écran.
Ainsi, la séquence de gauche est polarisée verticalement et la séquence de droite, horizontalement.
La trajectoire des ondes projetées simultanément se résume donc à une courbe rectiligne sur un plan et une courbe sinusoïdale sur un autre plan.
L’œil humain, insensible à la polarisation, perçoit de la même manière chaque onde sans prendre en compte son orientation. Une onde lumineuse polarisée verticalement et horizontalement seront donc vue de façon similaire.
La projection observée sans lunettes sera alors composée de deux images sans relief légèrement espacées.
Il faut donc que le spectateur porte des lunettes avec des verres polarisés correspondant chacun à un projecteur polarisant (vertical pour un oeil et horizontal pour l'autre oeil) pour qu'une unique image en relief soit restituée.
Pour récapituler :
Polariseurs
Un polariseur est un appareil qui permet de transformer un faisceau de lumière naturelle (non polarisée) en un faisceau de lumière présentant un certain état de polarisation : elliptique, circulaire ou le plus souvent rectiligne.
Il existe différents types de polariseurs comme les polariseurs exploitant la biréfringence de certains matériaux (comme le quartz, la calcite), les cristaux présentant un dichroïsme, les polariseurs par séparation des faisceaux …
Un polariseur qui a pour fonction d’agir sur une onde déjà polarisée est appelé « analyseur ».
Il existe différents types de polariseurs comme les polariseurs exploitant la biréfringence de certains matériaux (comme le quartz, la calcite), les cristaux présentant un dichroïsme, les polariseurs par séparation des faisceaux …
Un polariseur qui a pour fonction d’agir sur une onde déjà polarisée est appelé « analyseur ».
Les types d'écran
Seuls certains écrans conservent la polarité des rayons lumineux réfléchis. Par exemple l'écran gris métallisé, c'est un type d'écran non dépolarisant, qui conserve la polarité des rayons lumineux réfléchis. La projection polarisée utilise des écrans à cristaux liquides. Formé de 6 couches, l'écran polarise la lumière grâce à la biréfringence de certains cristaux liquides, un phénomène de double réfraction, et des filtres polarisants. En cas contraire, il y a les écrans blancs perlés qui par leurs compositions, ne conserve pas les rayons lumineux réfléchis.
écran gris métallisé
Projection alternée
A la base créé pour les jeux vidéos, la projection alternée est un autre moyen de restituer le relief qui s'établit peu à peu au cinéma et remplace progressivement la polarisation. Cette technique est amenée à se développer dans les années à venir.
C'est là que réside la complexité de cette technique car il est très difficile de synchroniser les lunettes avec le projecteur.En effet, si la synchronisation entre le projecteur et les lunettes ne se fait pas parfaitement cela entraîne un retard. Celui-ci cause l’inversion des images : l’œil gauche verra l’image destinée à l’œil droit et l’œil droit, celle destinée à l’œil gauche. C'est le relief inversé.
À chaque image, l'un des deux verres s'obscurcit pour que seul l'autre œil perçoive l'image correspondante.48 images sont projetées par seconde au lieu de 24, soit chaque oeil aura reçu 24 images décalées.. Celles-ci sont diffusées à une fréquence minimale de 120Hz pour deux images (équivalent à 60Hz par image). Par effet de persistance rétinienne, le clignotement des lunettes devient imperceptible, le cerveau peut alors recréer l'illusion de relief.
Schéma explicatif
Avantage :
Cette technologie offre une vision confortable et offre un rendu plus réaliste que le procédé de polarisation. Concrètement, les lunettes dites "actives" sont louées pour la durée de la projection et restituées à la fin.Le materiel :
→ Un projecteur avec une capacité » de plus de 100 images/sec alternant les images gauche/droite.
→ Les lunettes à cristaux évoquées précédement, ont la capacité de faire tourner la polarisation de la lumière sous l’effet d’un champ électrique. Une batterie est intégrée (ce qui explique le poids : environ 60g par paire.
Auto-stéréoscopie
Le but des
inventions réalisant des images 3D est de pouvoir être utilisées quotidiennement (donc
sur nos téléviseurs au final), mais cela reste difficile pour
l’instant. En effet, comme nous l’avons vu précédemment,
l’utilisation de la lumière polarisée implique un matériel lourd
et complexe, et la vision anaglyphique ne restitue pas toutes les
couleurs. Dans les deux cas, ces systèmes sont également, à long terme,
fatiguant pour les yeux.
L’auto-stéréoscopie est une méthode ou l’écran suffit pour réaliser l’illusion d’une image en relief, sans port de lunettes. Il existe plusieurs formes d’auto-stéréoscopie, nous allons ici vous présenter les 2 principales.
1) Allioscopie (du nom de son inventeur Pierre Allio) : cette technique se décompose en 3 étapes :
- La prise de vue :
- Le codage :
Une image, filmée sous 2 points de vue est donc dédoublée. L'image est retravaillée sur un écran a cristaux liquides constitué de pixels : on intercale une ligne de pixels de l’image de droite et une ligne de pixels de l’image de gauche.- Le décodage :
Une feuille de plastique constituée de lentilles cylindriques accolées est placée sur l’écran du téléviseur . Une lentille recouvre un pixel de l’écran, et elles dévient les rayons lumineux de telle façon que chaque œil ne reçoive que l’image qui lui est destinée.
Inconvénient :
le spectateur ne doit pas bouger d'un millimètre d'une position définie sous peine de ne plus percevoir les bons rayons. Des chercheurs japonais travaillent sur un système qui pourrait repérer la rétine du spectateur grâce a un rayon infrarouge, et orienter les lentilles en fonction de la position du spectateur (mais plusieurs personnes ne pourraient regarder la même télévision)2) Auto-stéréoscopie à barrière parallaxe
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Pixar, 25 ans d'animation
L'exposition "Pixar, 25 ans d'animation", inaugurée au MoMA à New York en 2006, se déroule actuellement au musée Art Ludique à Paris. Elle propose plus de 500 œuvres comme des dessins de recherches originaux, des études de personnages et de décors, des story-boards, des sculptures, ainsi que le spectaculaire Zootrope de "Toy Story" et le captivant Artscape.
Le Zootrope Toy Story
Le zootrope observé lors de l'exposition reprend le principe de la persistance rétinienne. " Le zootrope breveté aux Etats Unis en 1867, était une forme populaire de divertissement à la fin du 19 ème siècle. En faisant tourner une séquence d'images fixes à l'intérieur d'un cylindre, cet appareil utilisait déjà les bases de l'animation avant même que le cinéma n'ait été inventé. En s'inspirant de ces mécanismes cinématographiques de l'ère victorienne, le Zootrope Toy Story de Pixar revisite ses propriétés en présentant des personnages connus des films Toy Story et Toy Story 2. L'animation est composée d'un cylindre de 18 cadres, chacun d'entre eux représentant la figurine d'un personnage en trois dimensions, ou "maquette". Ces figurines sont disposées à des points précis du disque, qui s'actionne à la vitesse d'un tour par seconde. Un faisceau de lumière s’arrête sur chaque étape du mouvement. Lors du visionnage de toutes ces images consécutives à une certaine vitesse donnée, l'effet de "mouvement apparent" les associe donnant ainsi vie aux personnages."
Vidéo filmée par notre groupe au musée:
L'animation 3D
Grâce à une rencontre avec un animateur 3D des Studios Sabotage, nous avons appris toutes les étapes de l'animation 3d. Ce métier est très spécialisé : chaque animateur 3D s'occupe d'une partie en particulier et non de toute l'animation. Celui que nous avons rencontré s'occupait essentiellement du Lighting. Voici un schéma récapitulant les différentes étapes aboutissant à la création d'un personnage 3D animé :
Cette vidéo durant l'exposition des Studios Pixar illustre la partie Setup et Skinning, c'est-à-dire l'application d'un squelette au personnage, dans l'animation 3d :
Cette vidéo durant l'exposition des Studios Pixar illustre la partie Setup et Skinning, c'est-à-dire l'application d'un squelette au personnage, dans l'animation 3d :
Présentation de la 4D
La 4D est, à la différence de la 3D, une visualisation d’images ou de vidéos tournées en interaction avec le public. C’est le cas de plusieurs attractions appartenant au parc du Futuroscope de Poitiers et à celui de Disneyland Paris. La 4D s'appuie sur des expériences sensorielles ressenties par le spectateur durant la projection, comme par exemple des sièges vibrants, du brouillard, des lasers, du vent ou encore des éclaboussures. Des parfums peuvent également être utilisés afin de susciter l'odorat du spectateur. La projection 4D reste limitée aux attractions car son utilisation est très coûteuse et demande une organisation très importante.
L'Olfaction
L'olfaction ou l'odorat est le sens qui permet d'analyser les substances chimiques volatiles (les odeurs) présentes dans l’air, ce sens est moins utilisé chez l'être humain que chez de nombreux mammifères.
Le système olfactif est composé d'un vaste ensemble de détecteurs; chacun d'entre eux est chargé de signaler la présence d'une forme moléculaire particulière, qui peut être présente sur plusieurs molécules odorantes différentes.
Il existe deux voies d'olfaction ; la voie externe c'est à dire l'inspiration par le nez on appelle ça l'olfaction directe. On peut aussi détecter les odeurs par voie rétronasale, les arômes se trouvant dans la bouche remontant lors de l’inspiration au sommet de la fosse nasale.
Le nez, comme tous les capteurs, présente un seuil de reconnaissance et d'identification. La molécule odorante joue un rôle important, en très faible concentration, l'activation des centres intégrateurs n'est pas suffisamment importante et l'information n'est pas détectable. A une concentration supérieure, on atteindra le seuil de détection : une odeur indéfinissable. A plus forte concentration encore, l'odeur peut être comparée à une information déjà mémorisée : c'est le seuil de reconnaissance ou d'identification.
Exemple de l'utilisation de la 4D : Spy Kids 4 : All the Time in the World, un film en odorama grâce à des cartes odorantes à gratter.
Exemple de l'utilisation de la 4D : Spy Kids 4 : All the Time in the World, un film en odorama grâce à des cartes odorantes à gratter.
Hologrammes
On ne s’intéresse pas ici aux
« hologrammes » présents sur des cartes bancaires,
billets, passeports, etc... Qui ne contiennent pas d'information 3D.
Le relief apparent s'inverse pour une rotation de 180°, et
disparaît pour une rotation de 90°.
L'hologramme
est le produit de l'holographie(photographie en relief).
Aujourd'hui, ce procédé représente une image en trois dimensions
apparaissant comme « suspendue en l'air ».
On produit un hologramme en utilisant
une source de lumière cohérente (laser) qui
possède 3 caractéristiques essentielles :
- Le monochromatisme
- La cohérence spatiale
- La phase (cohérence temporelle)
et en enregistrant sur une surface
sensible (comme une plaque photographique) les interférences obtenues en
combinant l’onde émise par le laser et l’onde réfléchie par
l’objet. Il existe deux types
d'hologrammes, différenciés selon les positions relatives du
faisceau de référence et de l'objet par rapport a l'hologramme.
1) Les hologrammes par transmission
Ils
sont observables avec le même laser, sous le même angle que lors de
l’enregistrement. Le faisceau laser est séparé en 2 faisceaux :
l’un va directement sur la plaque holographique et sert de faisceau
de référence. L’autre frappe d’abord l’objet avant d’être
réfléchi en direction de la plaque : c’est le faisceau
objet.
2) Les hologrammes par réflexion
Ils
sont observables en lumière du jour. La plaque est placée entre
l’objet et le laser. La lumière provenant du laser la traverse
(faisceau de référence), puis elle rencontre l’objet et se
réfléchit vers la plaque, (devenant le faisceau objet). La , elle
interfère avec le faisceau de référence, produisant un
hologramme.
Les
applications de l’holographie sont très nombreuses, cependant,
l’utilisation de cette technique est peu utilisée car méconnue.
Seuls quelques domaines (armement, médecine…) y ont recours et le
grand public n’y a pas encore accès. Mais il est certain que
l’holographie est promise à un très bel avenir..
Conclusion
Lors d'une conférence au salon des formations artistiques portant sur l'animation 2D/3D, un intervenant de l'ECV (école de communication visuelle) a déclaré : "L'animation 3D actuelle est arrivée à son terme. On pense à une vision en relief sans lunettes, de nouveaux effets 3D." L'impression 3D témoigne de cette volonté d'innovation et de repoussement des limites dans ce domaine.
L'impression tridimensionnelle va probablement contribuer à une quatrième révolution industrielle.
Cet appareil révolutionnaire, peut produire à partir d’une simple image 3D, une pièce physique en très peu de temps.
L'impression tridimensionnelle va probablement contribuer à une quatrième révolution industrielle.
Cet appareil révolutionnaire, peut produire à partir d’une simple image 3D, une pièce physique en très peu de temps.
LEXIQUE
L'amblyopie (« œil paresseux »), se caractérise par une vision faible ou flou d'un oeil, ou des deux yeux, sans cause oculaire établie.
Elle est de deux types : organique : le défaut visuel est lié à une lésion oculaire, curable ou non (ex : cataracte congénitale, anomalie de la cornée). fonctionnel : le défaut peut être liée à un strabisme ou à différents troubles de la réfraction de l’œil (ex : myopie, astigmatisme, etc..).
conflit d'accomodation-convergence :
Les mécano-récepteurs sont des récepteurs sensoriels qui enregistrent les mouvements de notre corps, nos articulations et muscles. Ils répondent à des stimulations mécaniques comme le toucher, ou l'étirement
Diaphonie : interférence d'un premier signal avec un second
Elle est de deux types : organique : le défaut visuel est lié à une lésion oculaire, curable ou non (ex : cataracte congénitale, anomalie de la cornée). fonctionnel : le défaut peut être liée à un strabisme ou à différents troubles de la réfraction de l’œil (ex : myopie, astigmatisme, etc..).
conflit d'accomodation-convergence :
En
vision réelle, on accommode et on converge sur le sujet (fig1), en
cinéma traditionnel, on accommode et on converge sur l’écran
quelque soit l’éloignement du sujet (fig2) tandis qu’en cinéma
relief, on accommode toujours sur l’écran tandis qu’on converge
en fonction de la distance virtuelle du sujet (fig3).
Les mécano-récepteurs sont des récepteurs sensoriels qui enregistrent les mouvements de notre corps, nos articulations et muscles. Ils répondent à des stimulations mécaniques comme le toucher, ou l'étirement
Diaphonie : interférence d'un premier signal avec un second
Bibliographie
http://www.trois-dimensions.fr/voir-en-relief/
http://artludique.com/exposition.html#
http://odeurstpe.e-monsite.com/pages/plan/ii-du-nez-au-cerveau/1-le-systeme-olfactif.html
http://fr.wikipedia.org/wiki/Olfaction
http://www.3min30.com/loisirs/la-4d-cest-quoi/
http://www.allinbox.com/vp3d/montage_stereo_polarisee.jpg
http://raymond.rodriguez1.free.fr/Textes/es21.htm
http://img188.imageshack.us/img188/3003/lunettespolarisees.jpg
http://www.multivisionscreens.com/images/sites/con_pic2.png
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Gallica, Wikipédia
http://www.trivision3d.com/topic/index.html
http://la3daucinema.e-monsite.com/
http://patrick.kohl.pagesperso-orange.fr/
100%EXOS Physique Obligatoire et spécialité Terminale S (Nathan)
Annales 2012 Physique S Obligatoire et spécialité (Nathan)
http://future.arte.tv/fr/sujet/les-imprimantes-3d http://www.cinematheque.fr/data/museo/cycles/fichiers/dossierpresse_1ec74669-2f87-415a-8176-000000000297.pdf
http://tpe.ts3.stereo.free.fr/
http://www.tpe-3d.sitew.com/#Accueil_.A
http://www.tpecinema3d.sitew.com/#Introduction.A
http://troisdimension.e-monsite.com/pages/la-3d-dans-le-cinema/projection-polarisee.html , http://arpc167.epfl.ch/alice/WP_2010/studiokoessler/?p=1665
http://fr.openclassrooms.com/tutoriel-3-221691-les-anaglyphes.html
http://stereo.elshopo.com/
http://www.photo-stereo.com/anaglyphes-photographie-relief.html
http://www.larousse.fr
extraits de Dictionnaire du cinéma ([Nouv. éd.]) chez Larousse
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