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06 juillet 2017

Les photos 3D en relief.

La Vision du Relief est un sujet apportant beaucoup d'étonnement.

Je vous propose de découvrir une vision des images assez inattendue.

A la fin de cet article, vous apprendrez à réaliser vous même

de belles images vues en relief...vos belles photos de vacances par exemple !...;o)

 

Image1.jpgHISTOIRE

Depuis l'Antiquité, nos ancêtres ont pris conscience de la vision binoculaire en relief. Euclide en a parlé. De tous temps, des dessins ont montré du relief en vision libre, parallèle ou croisée: les plus anciens retrouvés datent du 13ème siècle. A la Renaissance, Leonard de Vinci puis Jacopo Chimenti ont eux aussi dessiné en relief.

La notion de stéréoscopie a été découverte en 1838 par l'anglais Charles Wheatstone qui a illustré ce phénomène en fabriquant le premier stéréoscope. Celui-ci permettait de voir une scène en 3D à partir de deux dessins. Chaque dessin reproduisait une scène en tenant compte du décalage de point de vue entre les deux yeux. En 1844, cet appareil est adapté à la photographie par David Brewster (écossais). A partir de 1850, Les opticiens Soleil et Dubosc commercialiseront l'invention de Brewster à Paris. En 1851, à l'occasion de l'exposition universelle, il montre un stéréoscope de son invention à la reine Victoria. Celle-ci, enthousiaste, commande un stéréoscope amélioré à l'opticien français Jules Duboscq. La mode est lancée, pour longtemps.

Les grandes dates de l'histoire de la stéréoscopie.

1853: les premiers appareils photo stéréo commercialisés (Mackenstein, Voigtländer, …)
1853: l'invention du filtrage par les couleurs

1853: le premier livre sur la stéréoscopie (Claudet, Londres), suivi en 1856 par celui de David Brewster (beaucoup plus connu, réédité en 1970)

1858: la première projection publique en relief (D'Almeida, à Paris, en anaglyphes)
1860: les premières applications scientifiques de la stéréoscopie
1893: le premier appareil photo rechargeable en plein jour est un appareil stéréo (le Vérascope de Jules Richard)
1893: création de la première association de stéréoscopistes, la Stereoscopic Society (à Londres)
1903: Création du Stéréo-Club Français
1915: le premier film de cinéma en relief, par le procédé "des éclipses"
1916: invention du format 6 x 13, encore pratiqué de nos jours
1949: premier appareil photo stéréo construit en grandes séries par centaines de milliers, le "Realist" de Seton Rochwite

1990: le cinéma en relief sur grand écran IMAX 3D

La perception du relief.

Image2.jpgLe mécanisme de la perception du relief repose sur plusieurs phénomènes distincts. Il faut d'abord rappeler que la vue n'est pas le seul de nos 5 sens qui permet d'y contribuer.

Nos deux oreilles, les organes de l'ouie, sont deux fois plus écartées que nos yeux. Leur directivité nous permet de percevoir le relief sonore, ce qui est à la base du développement de la stéréophonie qui le reconstitue avec plusieurs haut-parleurs. Et l'intensité du son nous donne une indication sur la distance de la source qui le produit et même sur son mouvement et le sens du déplacement, grâce à l'effet Doppler.

Nos deux narines, les organes de l'odorat, sont trop rapprochées pour indiquer seules la direction des différentes odeurs. Mais elles sont placées devant la tête et en tournant celle-ci, on peut encore avoir une idée de la provenance d'un fumet ou d'un parfum agréable.

Pour notre langue, organe du goût, adressez-vous à un grand chef, un maître queux ou un oenologue...

Quant au toucher, il est incomparable pour sentir le relief des objets.

Enfin, nos deux yeux sont les organes de la vue, à l'origine de la vision qui, chez l'homme, comprend plusieurs fonctions distinctes, mais étroitement liées, en particulier :

  • La vision des formes.
  • La vision des couleurs.
  • La vision des mouvements.
  • La vision des distances.

La vision des distances est binoculaire et se fonde sur la comparaison cérébrale entre les images formées simultanément par l'œil droit et par l'œil gauche. Elle est à la base de la perception de la 3ème dimension, en abrégé la "3D", et de la sensation de profondeur qui nous permet d'avoir de notre environnement une "vision en relief".

LA STEREOSCOPIE

Qu'est ce que la stéréoscopie ?

La définition du dictionnaire (petit Robert): procédés permettant d'obtenir l'impression de relief. Cette définition correspond à l'étymologie du mot (stereo = solide, scopie = observer). L'habitude courante est plus restrictive, en effet les premiers procédés de vision du relief utilisaient deux images. Les procédés qui vinrent ensuite (holographie, réalité virtuelle,...) portent des noms révélateurs d'une nette complexité technique bien différente. Pour la suite de cet exposé je considérerai la stéréoscopie comme l'ensemble de tous les procédés permettant de comprendre le relief à partir de deux images.

La vision du relief par stéréoscopie consiste simplement à présenter une image prise à droite à l'oeil droit, et une image prise à gauche à l'oeil gauche. A partir de cette simple idée nous rencontrons plusieurs solutions techniques, qu'il faut séparer en deux parties:

  • Les procédés de prise de vue
  • Les procédés de présentation

car les problémes y sont différent. Dans le premier cas nous cherchons à obtenir deux points de vue (et deux images) dans le second nous voulons voir qu'une image (en relief) avec le minimum de contraintes.

La stéréo, mais c'est très simple !

Deux images stéréo "gauche" et "droite" d'un même sujet sont placées côte à côte à l'écran. Elles peuvent avoir été prises soit à l'aide d'un appareil photograhique stéréo à deux objectifs, soit à l'aide de deux appareils photographiques mono-objectifs légèrement écartés et synchronisés, soit avec un seul appareil photographique mono-objectif qui a été légèrement déplacé entre chaque prise de vue. L'ensemble des deux images "gauche" et "droite" constitue un "Couple stéréoscopique" ou "Stéréogramme". Pour reconstituer le relief, il faut que seule l'image de gauche soit vue par l'œil gauche et que seule l'image de droite soit vue par l'œil droit.

Normalement, il faut utiliser un stéréoscope avec deux oculaires, mais avec un peu d'entraînement, on peut fort bien s'en passer. On peut utiliser deux techniques, la technique de la "Vision parallèle" (naturelle) ou la technique de "Vision croisée" (Strabisme convergent). Dans le premier cas, l'image de gauche doit être placée à gauche de l'image de droite, et dans le second cas, elle doit être placée à sa droite. Personnellement, j'utilisais la technique de la "Vision parallèle", encore appelée par certains la "Vision directe" ou, de manière plus imagée, la "Vision décroisée". Le terme anglais "parallel free viewing" traduit bien le relâchement des muscles oculomoteurs qui s'oppose à la tension qu'il faut exercer pour croiser le regard avec la technique de la "Vision croisée", en anglais "cross viewing" lorsqu'on essaye de loucher fortement.

Je suis arrivé à maîtriser cette dernière technique en m'aidant d'abord de deux petits tubes cylindriques en carton, puis d'un seul gros tube en carton, enfin, sans accessoire aucun, en formant ce tube à l'aide de mes deux mains, pouce contre pouce et doigts entrelacés.

La "Vision parallèle".

Image8.jpg

J'estime que la technique de la "Vision parallèle" (Parallel free viewing) est moins fatigante pour les yeux, puisqu'on ne force pas les yeux à "loucher" mais au contraire à se remettre en position "naturelle". Au repos, en regardant au loin, les muscles oculaires sont relâchés et les axes optiques des deux yeux sont parallèles. Dans ces conditions, on place l'image de gauche à gauche et l'image de droite à droite. Il faut que les deux images aient à peu près le même écartement que les yeux, 6.5 centimètres environ. Cela entraîne une limitation pour la largeur des images et favorise donc le format portrait (vertical) par rapport au format paysage (horizontal). Avec un ordinateur, l'écartement des deux images dépend de leur largeur, en "pixels", de la taille de l'écran et de la résolution de l'affichage écran choisie. Il faut regarder les images sans faire converger les axes optiques des yeux, en les conservant bien parallèles. C'est le cerveau qui assure la fusion des deux images, interprète leurs différences en terme de distance et reconstitue le relief. La largeur de chaque image doit rester voisine de 6.5 centimètres. Alors, si vous avez une tête avec un cerveau et deux yeux avec une vision normale, vous devez arriver à voir les images stéréo en 3D sans optique aucune. C'est une gymnastique oculaire, mais qui ne demande que de la relaxation... C'est l'image 3D qui doit vous "sauter aux yeux", sans aucun effort. On doit voir 3 images placées à la même distance, celle du milieu, l'image 3D, paraissant en relief. Conservez les yeux à la même hauteur, tête bien verticale, ne la penchez pas vers une des épaules, sauf un peu au début, pour trouver la meilleure position. Et si vous sentez la fatigue oculaire venir, passez à une autre occupation, sinon c'est la migraine assurée... N'attendez pas d'avoir tourné de l'œil...

La "Vision croisée".

Image7.jpg

La technique de la "Vision croisée" (Cross viewing) nécessite de "loucher" de manière à ce que l'œil "gauche" ne voie que l'image de "droite" et que l'œil "droit" ne voie que l'image de "gauche". Dans ces conditions, on doit placer l'image de gauche à droite et l'image de droite à gauche. La principale difficulté, c'est que pour s'entraîner à loucher, il faut placer un objet, un crayon, par exemple ou même simplement un doigt, devant son nez et forcer les yeux à converger. Malheureusement, un "réflexe" difficile à maîtriser entraîne aussi l'accommodation sur cet objet proche, alors que les images à observer à l'écran sont plus éloignées. Il faut donc arriver à contrarier ce "réflexe", ce qui n'est pas évident. Au contraire, en "Vision parallèle", le "réflexe" joue dans le bon sens. Lorsqu'on regarde au loin, les axes optiques tendent à devenir parallèles et les yeux n’accommodent pas. La difficulté, c'est alors de ne pas laisser les axes optiques converger vers l'écran, ce qui n'est pas évident non plus... Un avantage de la technique de la "Vision croisée" est que la taille des images n'est pas limitée, contrairement à la technique de la "Vision parallèle", où la largeur de chaque image doit être voisine de 6,5 centimètres (en fait, si on se place assez loin de l'écran, cette limite peut être largement dépassée.)

Image5.jpg

Pour voir cette image en relief, louchez afin de voir une troisieme image

apparaitre au centre des deux !

LES STEREOGRAMMES

stereogramme.jpg

On m’a offert un des livres "L'Oeil magique" illustré de nombreux "stéréogrammes". Sa préface est prophétique : Bienvenue dans la troisième dimension !

Etant un habitué de la technique de la "Vision parallèle", je n'ai pas eu trop de mal à y découvrir les "images cachées", bien que certaines m'aient causé plus de difficultés que d'autres. Je n'en avais pas cherché la raison. J'avais remarqué que certaines "images cachées" semblaient être constituées simplement de plusieurs plans, tandis que d'autres présentaient un "modelé bien marqué. Certaines planches de ce livre ne comportent d'ailleurs pas d'image cachée, mais montrent une série de figures placées côte à côte, parfaitement identifiables, et paraissant en relief lorsqu'on les regarde en "Vision parallèle".

C'est au début des années 60 que parut dans le Bell System Technology Journal l'article fondateur de Bela JULESZ sur les stéréogrammes de points aléatoires calculés par ordinateur, en anglais, les SIRDS, pour Single Image Random Dot Stereogram. Une paire de lunettes "3D" avec des lentilles de Fresnel en plastique gaufré fournie avec cette revue technique permettait d'explorer en détail les images constituées en apparence de tout petits carrés noirs placés au hasard sur fond blanc dans deux grands cadres carrés et d'y découvrir les images "3D" qui y étaient camouflées. La conclusion de l'article était sans appel : ce n'est pas en comparant d'abord des formes, des contours, que le cerveau perçoit le relief. Dans le cas présent, aucune forme, aucun contour n'est visible sur aucune des deux images. On y voit simplement un nuage de points sans aucune organisation particulière. Mais en les observant en "Vision parallèle", on voit une partie de ces points s'élever progressivement au-dessus de la surface de la page et dessiner un objet dont on peut alors seulement reconstituer le contour. En les observant en "Vision croisée" ou bien en découpant les deux images et en les intervertissant pour les observer encore en "Vision parallèle", on voit au contraire ces mêmes points s'enfoncer et l'image se creuser progressivement, comme si un trou avait été percé dans la page...

Les "Anaglyphes".

Image4.jpg

Une autre technique de restitution de l'impression de relief utilisable sur écran consiste à créer un "Anaglyphe" en utilisant deux couleurs complémentaires, le "rouge" pour l'image "gauche" et le "cyan" pour l'image "droite", et en superposant les deux images. Pour observer ces images, il faut utiliser des lunettes 3D munies de filtres de couleurs "rouge" devant l'œil gauche et "cyan" devant l'œil droit. Un avantage des "anaglyphes", c'est qu'ils sont bien adaptés à l'affichage "en plein écran" d'images de grande dimension, et d'accepter par conséquent aussi bien le format horizontal ou "paysage" que le format vertical ou "portrait". Il existe même des tableaux sur toile réalisés avec de la peinture acrylique qu'on peut admirer en relief avec les lunettes 3D colorées. Un autre avantage de la technique des "anaglyphes", c'est qu'elle ne nécessite aucune "gymnastique oculaire". L'inconvénient des "anaglyphes", c'est la nécessité du port de lunettes spéciales 3D avec filtres colorés...

 

 A la longue, c'est un peu fatigant pour les yeux, surtout quand on regarde autre chose avec. Il vaut mieux les enlever pour lire les textes à l'écran. Et il faut procéder à un traitement d'images à l'aide d'un logiciel graphique pour créer les anaglyphes. Mais une fois le procédé bien rodé, ce n'est plus qu'une question de patience.

Avec  des lunettes 3D en papier "Rouge-Cyan (celle de cinéma par exemple), vous verrez cette photo (ma création) en relief !...Placez le filtre "rouge" sur l'oeil gauche et le filtre "cyan" sur l'oeil droit.

  

 COMMENT REALISER vous même DES IMAGES EN TROIS DIMENSIONS EN ANAGLYPHES :

Il existe sur le net des logiciels (certains sont gratuits) pour la création de photos en relief. Ces logiciels permettent de recaler les 2 prises de vue l'une par rapport à l'autre. Soit en méthode manuelle ou en automatique.

Les plus connus sont :

STEREOMAKER (le Best Of gratuit du moment).

Anabuilder (freeware pour toute la 3D)

Vue magique (Créateur de Stéréogramme uniquement)

Paint shop Pro & Photoshop (et oui !…)

 

Procédé : Le plus courant aujourd’hui, sera d’utiliser un appareil photo numérique simple ou un 3D (Fujifinepix Real 3D). Tout d’abord, choisir une image à l’infini, paysage, objet ou personnage. Mais surtout sans mouvement. Prendre une photo avec l’œil droit. Puis déplacez l’appareil latéralement, en le plaçant devant l’œil gauche. Prendre la deuxieme photo. Ce déplacement sera égal à un écart pupillaire moyen de 64mm. L’écart calculé pour une photo 3D tourne en moyenne autour de 60mm, pour une photo prise à l’infini. Pour une photo de près, inférieure ou égale à 50 cm, prendre un écart de 30mm. Ensuite vous devrez charger dans votre logiciel 3D, les deux images, l'une apres l'autre. Elles seront recalées, redimensionnées et filtrées automatiquement, une en rouge, une en cyan. Et finalement, fusionnées en une seule image. Mais avec un appareil simple, on ne pourra prendre que des photos en statique, mono objectif oblige !...

Pour faire de la photo 3D en mouvement, les fortunés pourront acheter des appareils à double objectif. On en trouve pas mal en occasion sur le bon coin!... Pour les bricoleurs, il est possible de fixer deux appareils identiques entre eux! le plus dur sera de prendre deux photos en même temps! mais ça marche. La qualité 3D rendue dépendra principalement de l’effet de profondeur de votre image.

QUELS UTILISATEURS AUJOURD’HUI

Il y a peu d'utilisation courante de la stéréoscopie, mais nous pouvons quand même citer :

  • les instituts géographiques (IGN en France), pour faire les relevés d'altitudes en courbes de niveau des cartes topographiques.
  • les microscopistes pour lever des ambiguïtés d'interprétations de certaines images
  • les publicitaires chaque fois qu'il veulent vendre un produit de haute technologie
  • les architectes ou les concepteurs de pièces mécaniques complexes qui travaillent sur les plans de futurs objets (immeubles) en trois dimensions.
  • certaines vues par satellite, pour relever l'altitude des nuages ou discerner les détails au sol.
  • La Nasa, programme spatial mars, etc…
  • Le Cnam

OEIL MAGIQUE.gif

Voilà, vous savez tout grâce à ma synthèse bibliographique !...;o)

Les Stéréogrammes et particulièrement les Anaglyphes,

m’accompagnent depuis plus de 20 ans.

Je reste un mordu convaincu et vous ?!…