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Visualisations 3D

Après une longue attente, si j’en crois les statistiques de visite de mon site, je me lance enfin dans la réalisation de cette page où je veux présenter toutes les méthodes permettant de voir la troisième dimension. Souvent, c’est une question d’outils, par conséquent, j’ai trouvé commode de les classer en fonction de ce critère.

Yeux standards | Yeux entraînés | Viseur | Lunettes passives | Séparateur actif

Utilisation d'une paire d’yeux standards.

Paire d’yeux standarts
Le premier outil qui vient à l’esprit, c’est l’absence d’outil !
C’est à dire l’usage de notre équipement de base de vision stéréoscopique : Nos deux yeux et notre cerveau qui traduit la vision de deux images en volume. Je me permets une petite diversion philosophique. La nature a doté tous les animaux d’au moins deux yeux mais ne les a pas toujours disposés de façon à voir le relief.
On rencontre deux types d’implantations dans la cas de animaux ayant une paire d’yeux :
- Côte à côte et visant dans la même direction. C’est la disposition que l’on trouve chez les humains et plus généralement chez les prédateurs. C’est à dire les êtres vivants qui sont capables de localiser précisément dans l’espace un objet en mouvement et de l’attraper. Dans la nature, il s’agit, bien évidement, de manger l’objet en question, ce qui en fait un caractère nécessaire chez les prédateurs. L’homme, lui, a trouvé bien d’autres utilisations à cette capacité : jeux de ballon...
-Les animaux plus malchanceux, mais aussi plus appétissants, que sont les herbivores ont en général deux yeux qui offrent une vision plus panoramique que stéréoscopique. Pour eux, il vaut mieux avoir tout à l’œil que de voir la troisième dimension.

Vision dans l’espace normale

Statue
Cela peut paraître étrange mais la forme la plus simple de reproduire un objet ou une personne en 3 dimensions est d’en réaliser une copie sous forme de sculpture, de moulage ou de maquette. C’est vieux comme le Monde, mais cela marche toujours aussi bien ! Même la nature s’y est essayée pour copier ses créations sous forme de fossiles. Cette méthode, ne fait pas s’émerveiller les gens et pourtant l’effet de relief est réel. On peut si on veut peindre l’œuvre à sa guise pour reproduire aussi les couleurs du modèle. Plusieurs personnes, y-compris les aveugles, peuvent profiter du volume depuis n’importe quel point de vue.

Les hologrammes

Hologramme
C’est une manière très technique et plutôt moderne de réaliser la même chose que la sculpture. La différence est qu’au lieu d’avoir un vrai volume image du modèle, on a un volume virtuel qui est visible dans l’épaisseur d’une simple feuille de papier ou à travers un film transparent. L’effet de relief est spectaculaire, il y a possibilité de faire varier le point d’observation. Mais la reproduction des couleurs est impossible.

Réseau lenticulaire

Réseau lenticulaire
L’impression de bandes alternées des vues des deux yeux est vue à travers un réseau de fins demi-cylindres. Chaque œil ne voit que ce qu’il doit. L’effet tridimensionnel est excellent (si la prise de vue est bonne, bien sûr !), les couleurs sont reproduites aussi bien que par n’importe quel tirage papier. L’effet n’est visible que depuis un point précis et par une seule personne à la fois. Une version améliorée utilisant plus de deux images, et par conséquent non stéréoscopique, augmente un peu le confort d’observation. Il existe actuellement des système d’écrans informatiques à barrière de parallaxe qui fonctionne sur le même principe et semblent très prometteurs (et aussi très chers !).

Yeux standards | Yeux entraînés | Viseur | Lunettes passives | Séparateur actif

Utilisation d'une paire d’yeux entraînés.

Paire d’yeux entraînés
A partir d’ici, nous entrons dans le domaine des images stéréoscopiques, issues de deux prises de vues (voir “C’est quoi un anaglyphe ?” et “Prise de vue stéréoscopique”). Les deux images d’un couple stéréo peuvent être observer directement. Il s’agit des deux méthodes suivantes dites de “vision libre” puisque ne nécessitant pas d’outils.

Vision parallèle

Couple parallèle
Les deux images sont présentées côte à côte. L’image de l’œil gauche à gauche et celle de l’œil droit à droite. Bien que cela paraisse naturel, il ne permet pas d’utiliser un couple d’images trop grandes vu que nos yeux ne peuvent pas diverger de manière trop importante.

Couple croisé Vision croisée

Couple croisé
Dans ce cas l’image de droite est à gauche et l’image de gauche est à droite. Ce n’est pas facile de forcer ses yeux à “loucher” mais cette méthode permet d’observer des couples d’images plus grandes.

G-D-G ou D-G-D

G-D-G D-G-D
Une des 2 images du couple est répétée une fois. Cela permet de voir le relief en croisé ou en parallèle en ne regardant que 2 des 3 images à la fois.

Entre ces présentations parallèle et croisée, il y a des constantes batailles entre les tenants de l’une ou de l’autre méthode. Certains ne jurent que par la “croisée”, d’autre que par la parallèle. Certains, comme moi, ne savent pas loucher et ne peuvent pas voir en croisé D’autres, trop habitués à la méthode croisée ne peuvent plus voir les couple parallèles. Pour les mettre d’accord, il y a des tonnes d’appareils permettant de faciliter l’observation des deux types de couples. Ces appareils sont des viseurs que nous verrons dans le chapitre suivant. Mais avant de passer à ces appareils salvateurs, il nous reste une méthode pour voir 3 dimensions avec des yeux au summum de leur entraînement.

Stéréogrammes et autostéréogrammes

SIRDS
Ce sont des images ou dessins en 2 dimensions qui peuvent s’observer en 3D si on les regarde d’une certaine manière. Il y a quelques années, le fameux “œil magique” a eu un succès mondial. Il s’agissait d’autostéréogrammes à points aléatoires (SIRDS - Single Image Random Dot Stereogram) dont on peut voir un bel exemple en suivant ce lien ou une belle collection sur la page de Dominique Notteghem.
Comme pour les couples stéréo, il y a des versions pour vision croisée ou pour vision parallèle.
Cette méthode ne permet pas d’enregistrer le relief mais plutôt de la construire en le collant devant un motif. Il n’est pas possible de reproduire la couleur mais l’effet de relief est parfois très intense.

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Utilisation d’un viseur.

Viseur
Les viseurs sont des appareils optiques qui permettent d’amener chacune des deux images d’un couple stéréo devant l’œil qui lui correspond. Trois types d’éléments optiques sont utilisables (miroir, lentilles et prismes), éventuellement combinés entre-eux.

Miroirs (stéréoscope de Wheastone)

Stéréoscope de Wheastone
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Le premier stéréoscope à miroir a été breveté par Charles Wheatstone en 1838, au moment même ou se créait cette fantastique technique et forme d’expression artistique qu’est la photographie.
Inconvénients : Dans la version originale, les deux images sont inversées gauche-droite. Une conception plus moderne comporte en plus une seconde paire de miroirs pour redresser l’image.

Lentilles (stéréoscope de Brewster)

Stéréoscope type Brewster
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En 1849, David Brewster (aussi inventeur du Kaléidoscope) invente le principe du stéréoscope à deux lentilles.
Inconvénients :Appareils en général assez encombrants qui ne peuvent être utilisés que par une personne à la fois.
Avantages : Bonne vision du relief et facilité de fabrication. Cela a donné beaucoup de stéréoscopes mythiques comme le Vérascope, les stéréoscopes Lestrade et Bruguière, le ViewMaster et plus récemment des cartes postales en relief (simple paire stéréo avec deux lentilles dans une espèce de boite en carton escamotable).

Prismes (stéréoscope de Holmes)

Stéréoscope de Holmes
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En reprenant les travaux de Brewster, Oliver Wendell Holmes perfectionne le stéréoscope en utilisant des lentilles prismatiques. Cela donne un appareil portable, qu’il présente dans une publication de 1859. Il décidera de ne pas breveter sa création, un vrai précurseur des auteurs des programmes gratuits et libres qu’utilisent la plupart des stéréoscopistes pour monter les images <;o).

Viseur électronique à deux mini-écrans (head mounted displays)

Head Mounted Display
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Il s’agit de la version moderne des viseurs décrits précédemment. Ici, on a deux petit écran reliés à un ordinateur en face de chaque œil. C’est un système qui ressemble beaucoup au “viseurs tête haute” des casques des pilotes de chasse.
Avantage : on peut projeter des images animées ou même des film par ce moyen.
Inconvénient : Le spectateur a la tête enfermée dans un genre de boite un peu inquiétante.

Ce type de visualisation de la troisième dimension à l’aide de viseurs a le gros inconvénient d’être individuel. Evidement, on peut toujours voir dans le côté initiatique, genre calumet de la paix, un avantage : Le viseur passe de mains en mains et partage le relief petit à petit. Mais lorsque le groupe dépasse une demi-douzaine de personnes la séance est majoritairement composée d’attente. Le remède est de faire appel à des méthodes de type projection.

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Utilisation d'une paire de lunettes passives.

Lunettes passives
Les méthodes qui permettent de faire voir les 3 dimensions simultanément à un nombre de personne qui peut être important sont en général assez similaire. Il y a toujours un couple de projecteurs, un pour chacune des 2 images, associé à une paire de lunettes qui assure la séparation et le guidage de chaque image vers l’œil qui lui correspond.

Anaglyphes et compagnie

Lunettes anaglyphe et lunettes ambre-bleu
Le principe et la réalisation sont assez simples. Il consiste à effectuer la séparation des deux images du couple stéréo à l’aide de 2 filtres colorés.
Ce procédé a été découvert par Wilhelm Rollman en 1853 qui utilise des traits rouges et bleus dessinés sur fond noir. En 1858 Joseph D’Almeida effectue la première projection tridimensionnelle à l’aide d’une lanterne magique et observation avec lunettes rouge/verte. Finalement, Louis Ducas du Hauron en 1891 développe et brevette un procédé permettant d’obtenir des photos 3D en imprimant successivement les deux images du couple sur le même papier. La première en rouge et la seconde en vert (ou bleu).
Inconvénients : L’utilisation des couleurs bleue ou verte opposées au rouge ne permet pas d’envisager une perception des couleurs. Par contre, si on oppose le cyan au rouge, on obtient une reproduction assez fidèle des couleurs si les sujets ne contiennent aucune des 2 couleurs des filtres. Il y a une espèce de “norme” consistant à utiliser un filtre rouge devant l’œil gauche et un filtre cyan devant l’œil droit. Des petits malins, continuent de breveter des procédés améliorés en changeant le couple de couleurs utilisé. Il n’y a aucun avantage particulier et les inconvénients restent les mêmes. Néanmoins, le combinaison ambre-bleu vendue sous le nom de “Color Code” se vend assez et ne marche pas mal pour les tomates sur fond de ciel bleu. Le confort visuel n’est cependant pas au rendez-vous en raison du fort contraste entre les deux filtres.
Les anaglyphes connaissent actuellement un développement relativement important en raison de la grande simplicité de mise en œuvre sur un écran d’ordinateur ou à l’aide d’un vidéo-projecteur. Pour preuve le groupe “Anaglyphs” de Yahoo très actif (11676 messages en 2005 dont beaucoup contenant des anaglyphes). Si cela vous tente, vous pouvez aller jeter un coup d’œil sur les archives du groupe et vous verrez les œuvres de grands créateurs d’anaglyphes mondiaux. Vous pouvez bien sûr, vous inscrire sur ce groupe Yahoo et envoyez-y vos anaglyphes pour profiter des conseils des membres et ainsi progresser sous l’égide des meilleurs spécialistes.

Polarisée

Lunettes polarisantes
La séparation de deux images projetées l’une sur l’autre par un procédé purement optique peut sembler un peu magique. Il y a une autre solution que les filtres colorés qui passe par l’utilisation de filtres polarisants. Chacun des 2 projecteurs est équipé d’un filtre polarisant avec le plan de polarisation réglé à 90° par rapport à l’autre. Les lunettes sont composées de 2 filtres avec la polarisation réglée de la même manière que le projecteur lui correspondant. Et voilà ! Enfin, presque, il faut avoir une surface de projection qui conserve la polarisation de la lumière. C’est le premier inconvénient un écran métallisé, donc cher, est absolument indispensable. Il y a 2 autres inconvénients. En raison d’une certaine perte de luminosité absorbée par les filtres, il faut recourir à des projecteurs puissants. La mise en œuvre avec des vidéo-projecteurs est plus complexe qu’avec des diapositives traditionnelles.
Avantage : La reproduction des couleurs est très fidèle. Les lunettes polarisantes sont, comme les lunettes pour anaglyphes, relativement faciles à se procurer et bon marché. Ce qui fait de cette méthode, la préférée des stéréoscopistes pour la présentation en groupe.

Yeux standards | Yeux entraînés | Viseur | Lunettes passives | Séparateur actif

Utilisation d'un séparateur actif.

Séparateur actif
Au lieu de projeter les deux images en même temps et d’essayer de les séparer ensuite, on peut aussi ne projeter qu’une seule image à la fois. Dans ce cas, les fantômes dus au mélange partiel des 2 images sont complètement évités. Les 2 images sont projetées alternativement, on parle de multiplexage temporel (field-sequential en anglais).

Lunettes LCD actives

Lunettes cristaux liquides
C’est un des procédés les plus modernes encore que les salles de cinéma IMAX 3D l’utilisent depuis longtemps. Un système synchronisé avec le film montre alternativement une image à chaque œil. La fréquence d’alternance, dans la cas de l’IMAX, est de 96 images par seconde. On ne perçoit donc pas de scintillement. Par contre, les vidéos familiales sont au mieux à 60 Hz (cas du NTSC), ce qui revient à voir le spectacle à 30 demi-images par seconde soit une sensation équivalent à 15Hz, fréquence suffisamment basse pour garantir le mal de tête. Ne parlons pas de PAL et SECAM qui offrent aux yeux un spectacle qui rend 12,5 images par seconde.
Pour que chaque œil ne voie que l’image qui lui est destiné, le dispositif (lunettes actives) masque alternativement un un œil et l’autre en phase avec l’affichage.
Avantages : Assez simple à mettre en œuvre, même sur un écran géant, si l’on dispose du système d’occultation.
Inconvénient : Prix du dispositif incluant des lunettes actives et donc chères pour chacun des spectateurs.

Lunettes passives avec écran avec obturateur de Byatt (Liquid Crystal Color Shutter)

Obturateur de Byatt
Au lieu de séparer les deux images à l’aide de lunettes actives on peut utiliser un dispositif très original, l’obturateur de Byatt. Il s’agit d’une plaque qui recouvre complètement l’écran. Cette plaque est composée de cristaux liquides susceptibles de changer très rapidement de polarisation sous l’action d’un champ électrique. Il suffit alors de regarder avec une simple paire de lunettes polarisées. J’ai eu la grande chance en 1993 d’utiliser le système de modélisation chimique CAChe (Computer Assisted CHEmistry). Le système comprenait un calculateur de configuration (Programme qui tournait sur une station RISC 6000 IBM, peu intéressant en ce qui nous concerne) et un ordinateur, c’était un Macintosh surpuissant à l’époque (probablement un Quadra 800, 33MHz !) et surtout équipé de la carte graphique adéquate et d’un écran “Tektronix 3D” (L’éclatement de Tektronix fait que le logiciel est distribué maintenant par Fujitsu-Siemens et que l’écran doit être le NuVision de MacNaughton Inc. A en croire mes recherches Google).
A l’époque, je ne faisais pas de photo stéréo mais j’imagine cet écran dans les sous-sols de mon labo d’alors, le pauvre, il doit s’ennuyer ! Comme j’aimerai disposer d’un tel appareil pour regarder mes couples stéréo. C’est peut-être seulement le souvenir qui fait de ce système une des meilleurs pour la visualisation 3D que j’ai utilisé ? Il est vrai que je regardais “MA” molécule. L’image est reconstruite avec RasMac 2.7.2.1 d’après le fichier “.pdb” de 1993 issu de l’optimisation par le fameux système Tektronix, je n’ai rien d’autre à part mes souvenirs.
Avantage par rapport au précédent : Lunettes passives et donc bon marchés.