La Stéréoscopie.

Depuis plusieurs années maintenant, pour les productions dites « en relief », on exploite la technique de la stéréoscopie pour donner un espace, une dimension à la profondeur. La Stéréoscopie est l’un des tout premiers hackings du cerveau. Mais est-ce seulement 2 images côte à côte ?

Le Relief Kézako

Le cerveau reçoit une image du monde qui l’entoure au travers des yeux. Le cerveau reconstitue alors les deux informations pour en faire une image. Or les yeux sont décalés, l’image reçue par chacun de ces récepteurs est donc légèrement différente. Le cerveau est alors capable d’analyser cette légère différence (on appelle cette différence la parallaxe) et d’en déduire une profondeur dans “l’image” du monde qu’il perçoit. Tout l’enjeu de la stéréoscopie est de produire ces 2 images afin de “simuler les capteurs” humains.

Les hommes ont depuis longtemps mis en oeuvre des techniques pour rendre compte du relief. Le premier stéréoscope date des années 1838 qui permettait alors à l’aide d’un jeux de miroir de visualiser des dessins en relief. Depuis lors les techniques et technologies ont évolué pour donner accès à la vision relief au plus grand nombre.

Stereo photographs of Wilkie Collins (1824-1889) in 1874, aged 50, by Napoleon Sarony (1821-1896).
Stereo photographs of Wilkie Collins (1824-1889) in 1874, aged 50, by Napoleon Sarony (1821-1896).

Le relief, une notion de distance.

Mais depuis toujours, on joue d’astuces pour donner la notion de profondeur : premier plan, plan d’action, arrière-plan, horizon, voire même le surgissant. Cela suffit à notre cerveau pour reconstruire une profondeur de ces quelques plans. Du moins, votre imagination le fera, alors que le film reste diffusé sur un écran totalement plat.

Mais aujourd’hui, l’évolution matérielle des technologies de diffusion permet désormais de proposer au grand public des productions « en relief », grâce à la technique de la stéréoscopie. En proposant une image différente à chaque œil, on incite le cerveau à reconstruire la profondeur d’une scène ou d’un objet  (comment proposer une image différente pour chaque œil) Ces images sont générées avec un point de vue différent :

  • les points de vue sont décalés afin de reproduire l’écart des yeux. (Comment gérer l’écart des yeux)
  • les points de vue convergent, pour reproduire la focalisation du regard  (comment gérer la focalisation/convergence)

La convergence du regard

Lorsque nous regardons un objet, nos yeux le placent chacun au centre de l’image. En fait, chacun de nos yeux regarde cet objet. On dit qu’ils convergent vers l’objet. Lorsque l’objet est très éloigné, comme une étoile, nos yeux regardent dans la même direction. L’angle de convergence est nul. Si cet objet est très proche, comme notre nez, ceux-ci se mettent à loucher. L’angle de convergence devient important.

Lorsqu’une image seule est projetée sur un écran, nos yeux convergent sur le plan de l’écran. La seule distance perçue est celle de l’écran. Pour venir perturber cette impression de profondeur, il va falloir faire converger les yeux du spectateur vers un autre point.

Projetons deux images d’une balle de ping-pong, une pour chaque oeil. Si les deux balles sont superposées, les deux images sont identiques et la balle apparaît à la distance de l’écran.

Pour que la balle apparaisse plus près, nous avons vu qu’il fallait que nos yeux louchent. On va donc croiser les images des balles : l’image de la balle de droite est décalée sur la gauche, celle de la balle de gauche est décalée sur la droite. La balle donnera l’impression de flotter devant l’écran.
Essayons maintenant d’enfoncer la balle dans l’écran et de la faire apparaître derrière. Cette fois ci, nous allons écarter les images de la balle. Nos yeux se redressent. La balle apparaît derrière l’écran, qui devient une fenêtre. Lorsque l’écart entre les deux images sur l’écran atteint l’écart entre nos yeux, nos yeux sont parallèles. La balle apparaît à l’infini, ou du moins très loin. La logique voudrait qu’en continuant d’écarter les images, la balle dépasse l’infini. Malheureusement, regarder au delà de l’infini est une capacité qui échappe à la plupart des mortels.

Les conditions de projection.

Nous avons vu que les techniques de relief viennent modifier la distance perçue de l’image d’un objet. Ces modifications se font par rapport à l’écran, qui est la distance réelle de l’image. L’écart maximum entre deux images (sans les croiser) est celui des yeux du spectateur. En fait, tous les paramètres du relief, ou plutôt de la sensation de relief, sont des paramètres physiques qui dépendent directement des conditions d’observation. On ne fera pas une image en relief de la même façon pour un écran de cinéma et pour un écran de smartphone. La sensation de relief ne sera pas la même proche d’un écran et loin d’un écran.

Pour cela, nous devons prendre en compte l’écart des yeux (en général 6,5 cm pour le confort des plus jeunes), ainsi que la taille et la distance de l’écran pour régler la convergence.

Selon le contexte de diffusion, la distance à l’écran est fortement variable :

  • dans une salle de cinéma, nous sommes à environs à 25 m de l’écran
  • dans un planétarium de 20 m de diamètre, à 10 m
  • Dans une petite salle de projection, pour une exposition dans un salon ou en muséologie, de 3 à 4 m.
  • Et pour les écrans dans un système immersif type Oculus Rift, à quelques centimètres seulement.
La prise en compte de la distance du spectateur à l’écran est primordiale pour régler un relief qui sera confortable pour le spectateur.  Car ce paramètre influe beaucoup sur la « force » du relief.

Un relief trop important fatiguera rapidement le spectateur, un relief divergent rendra illisible l’image.

Une marge de confort doit être donc prise en compte. Cela est d’autant plus crucial quand le public est composé d’enfants, qui ont un écart d’yeux plus petit.

Comment proposer deux images différentes pour chaque œil.

Hors réalisation, car cela n’a d’importance que lors de la conformation finale du projet, il reste à choisir la méthode de diffusion en relief, sujet principalement matériel. Les options matérielles proposent des méthodes différentes pour séparer à partir d’un même écran  les images respectives de l’œil gauche (G) et de l’œil droit (D).

Oculus rift

Les technologies dites actives

Les technologies actives proposent une obturation synchronisée sur la diffusion d’images successives GDGDGD.On obstrue ainsi l’œil gauche quand on affiche l’image droite et vice-versa. La persistance rétinienne fait le reste et le cerveau ne perçoit pas l’obturation. Tout de même, si l’on reste attentif, on constate une légère perte de luminosité due à l’obturation.

Masque VR style Oculus

Pour un système de masque de réalité virtuelle, ce sont les optiques de chaque œil qui délimitent leurs visions. La vidéo présente les deux images côte à côte.

lunette polarisation active
lunette polarisée passive

Les technologies dites passives

On peut utiliser également des lunettes polarisées. Cette technique se base sur le fait que la lumière peut être assimilée à une onde qui vibre sur un axe. Lors de la projection, l’image (donc la lumière) d’un œil est projetée selon l’axe vertical, l’autre sur l’axe horizontal (dans le cas de la polarisation linéaire).

Les lunettes filtrent la lumière en réagissant comme des stores vénitiens respectivement horizontaux et verticaux. Un des verres laissera passer la lumière d’un axe (donc une image)  en bloquant la lumière de l’autre axe (l’autre image).

Un autre moyen est d’utiliser des lunettes de couleurs (traditionnellement rouge et vert) pour filtrer les images, en projetant des images superposées sur les mêmes canaux. Cette méthode, anaglyphe, à l’avantage d’être très peu coûteuse pour les lunettes.

Et sans lunette ?

Dérivés de la technique de la stéréoscopie, une société française, Halioscopie, propose des écrans permettant une diffusion en relief sans que le spectateur ait besoin de lunettes. Dans les grandes lignes, les écrans sont composés de prismes à huit facettes qui filtrent la lumière de l’écran et proposent huit images différentes en fonction de l’angle de vue. En pratique, deux spectateurs à deux endroits différents voient deux images différentes. Idéalement, les yeux ont un écart suffisant pour recevoir chacun une image, et donc permettre une impression de relief, sans lunettes. C’est un dérivé de ce procédé qui équipe les écran de la console portable 3DS.

ecran autostéreoscopique