Perception Visuelle 3D


 * Enseignant: Georges-Pierre Bonneau
 * UE/Module: EAM en RICM5 option CM
 * Eleve: Corentin Foucault

=Introduction=

Principe de la vision :
il existe trois étapes dans le principe de la vision.

-Réception des stimuli visuels ;

-Transcription par l’œil ;

-L'interprétation par le cerveau.

Réception des stimuli visuels :
La vision d'un objet par l’œil se fait par réflexion de la lumière sur un objet puis la réfraction au travers du capteur visuel humain. La lumière est donc focalisée par la lentille avant d'être projetée sur la rétine entièrement inversée, provoquant une réponse des cellules.

Transcription par l’œil :
La rétine est composée de deux catégories de cellule distincte permettant de comprendre certains phénomènes visuels :

les photorécepteurs=>permettent la vision des couleurs et de l'intensité de la lumière.

les cellules ganglionnaires=>

-Les cellules de grande taille associées au contraste et au mouvement ;

-Les cellules de petite taille pour les formes et détail ;

-quelques cellules sont liées au contraste chromatique ;

Les signaux émis par ces différentes cellules sont distribués dans des zones cérébrales distinctes.

L'interprétation par le cerveau :
Si l’œil fonctionne toujours de la même manière donc, le cerveau reçoit toujours les mêmes signaux en regardant la même chose. Le cerveau, lui doit interpréter les signaux. Pour comprendre la perception, on peut suivre deux types de parcours :

-Le cortex dorsale permet la localisation d'objet ou personne, mobile ou immobile ; il permet aussi les actions comme saisir un objet.

-Le cortex ventrale permet l'identification et la reconnaissance des personnes et objets.

La vitesse du traitement de l’information par le cortex inférotemporal est plus lente parce que cela nécessite plus d'intermédiaires.

Conclusion :
La vision combine à la fois la perception et la connaissance obtenue par l'expérience. Le système visuel semble donc à la fois être dans le code génétique, mais se modifier par l'influence de notre environnement. Ainsi, la perception visuelle de l’environnement est propre à chacun d’entre nous.

= De la 2D à la 3D =

La 3D isométrique
Le principe naturel de la vision fut pendant longtemps un sujet pour les arts. Bien avant que naisse l'informatique. Les premières traces de 3D trouvée sont des illusions d'optique, qui par le biais de forme géométrique simple, permettent à l’œil humain de voir une image sortante ou entrante.

Exemple : l'anemic cinema de Marcel Duchamp.

Le principe de ces vues en 3D se base sur la mise en place de la perspective artificielle à l'aide de forme de couleur plus ou moins sombre créant une sorte d'ombre pour le cerveau humain. C'est de cette manière que les bases de la 3D ont été posées dans certains domaines comme l'informatique graphique. Ceci joue seulement sur l'interprétation du cerveau et non sur le fonctionnement des yeux.

Stéréogrammes
Le principe de la 3D utilisant la vision binoculaire est tout aussi ancien, les stéréogrammes en sont un parfait exemple. Même s’il n'y a qu'une image et aucun instrument nécessaire pour parvenir à distinguer l'image en relief, les stéréogrammes demandent un travail des yeux important en leur demandant de voir "dans" l'image. En effet, pour parvenir à voir un stéréogramme il faut que les deux yeux ne convergent pas vers le dessin, mais au-delà. Ceci crée un décalage dans ce que chacun des deux yeux voit et ainsi l'assemblage des deux images par le cerveau donne un effet de relief. Cependant, les stéréogrammes sont limités à une 3D entrante. L'image ne sort pas, mais se retrouve au fond de l'image.

= La 3D stéréoscopique =

De nos jours, le nouveau terrain opposant les fabricants d'écrans est la mise en place du système 3D non plus par des perspectives géométriques uniquement, mais par une impression de relief assez importante. Deux branches se distinguent actuellement sur la scène.

Passive
La 3D passive est à l'origine issue du principe de superposition de deux images chacune étant dans une couleur respective par exemple rouge/bleu. Le problème de cette première version était une forte perte de couleur et de l'intensité lumineuse qui résultait de cette séparation des images. De nos jours, la technique utilise la superposition de deux images, mais en plaçant les images sur des rangées de pixels différentes. Cette superposition des images réduit de moitié la résolution verticale.

active
La 3D active fonctionne, elle aussi, sur l'utilisation de deux images légèrement décalées sur le plan horizontal, mais à la différence de la 3D passive la 3D active ne projette pas deux images en simultanées, mais en différées. Les lunettes utilisées ont un système d'obturation qui doit être synchronisé avec l'écran de telle manière que chaque œil puisse voir l'image qui lui est destinée. Ceci implique que les fréquences soient deux fois plus importantes que pour d'autres vidéos puisque chaque œil doit recevoir autant d'information qu'en temps normal ce qui revient a affiché deux fois plus d'images par seconde.

La 3D sans lunette
Un nouvel arrivant sur la scène de la 3D est la 3D sans dispositif nécessaire à l’œil pour voir le relief autrement dit l'autostereoscopie.

La barrière de parallaxe
Ce système est composé d’écrans à cristaux liquides où sont intercalés des caches entre la dalle LCD  et le rétro éclairage. Les caches doivent être placés de manière très précise pour que chaque œil reçoive l'information qui lui est destinée. Les images ne sont plus découpées dans le sens vertical, mais dans le sens horizontal, c'est-à-dire que leurs pixels sont alternés suivant les colonnes. Ainsi, grâce au cache et à l'affichage de chacune des images le cerveau n'aura plus qu'à les additionner en créant cet effet de relief.

De nombreux inconvénients découlent de cette technologie. Premièrement, il faut avoir une position précise ce qui fait que le travail des yeux est plus important, car l'observateur ne peut pas être parfaitement immobile. En plus d'être très fatigant cette technologie ne peut être utilisé que par une personne a là fois, et avec une résolution diminuée dans le sens horizontale.

Cette technologie est utilisé sur la Nintendo 3DS.

Alioscopie
Français Pierre Allio en 1987

Cette technologie se base sur le même principe que la 3D passive, cependant pour supprimer l'utilisation des lunettes les pixels sont inclinés suivant l’œil qu'elles doivent affecter pour que les images soient envoyées vers l’œil qui lui correspond. Pour diriger les pixels vers l'oeil qui leur correspond, il faut utiliser un réseau lenticulaire, positionné de manière oblique, il permettra de diriger les rayons lumineux vers différents points de vue.

Le problème c'est que pour augmenter le nombre de points de vue différents il faut augmenter le nombre de pixels inclinés ; ce qui vient à diviser la résolution verticale proportionnellement au nombre de points de vue à vouloir afficher.

l’autostéréoscopie Multivue
L'autostéréoscopie multivue est l'évolution de la 3D active. Pour pouvoir afficher une image en relief, le dispositif affiche les différents points de vue souhaités de manière successive. L'avantage provient du fait qu'il n'y a pas de perte dans la résolution verticale. Cependant, il faut que les images se succèdent dans un très court laps de temps. Ce qui demande un taux de rafraîchissement très élevé de l'ordre de 120 hertz. Cette technique ne perd pas en résolution, mais elle se révèle très fatigante pour les yeux.

l’autostéréoscopie au cinéma
Cette technique est uniquement dédiée à la visualisation via un projecteur. En effet, l'écran doit réfléchir les images vers les spectateurs, ceci permet l'utilisation de prismes sur l'écran qui vont renvoyer les images vers les spectateurs même s’ils ne sont pas au centre de la salle. Plus il y a de prismes, plus le nombre de points de vue est élevé. Le grand avantage de cette technique est de garder une résolution importante pour les deux yeux.

= Conclusion =

La technologie 3D n'en est qu'à ses débuts dans le domaine du grand public. Cependant, la diversité des dispositifs fait que les écrans se retrouvent dans la même situation qui avait opposé les écrans matriciel et vectoriel. De nouveaux systèmes sont encore à l'étude, tels que l'autostéréoscopie multivue et l'autostéréoscopie au cinéma, qui vont tenter de dominer le marché. Même si certains pensent que la 3D allée se faire progressivement le débat se voit opposer sur un même plan les 3D avec utilisation de lunette et sans l'utilisation de lunette. Nul pour le moment ne peut dire qui remportera ce combat, mais une chose semble évidente, c'est que sans prendre en considération le coût des écrans, l'autostéréoscopie domine le domaine des écrans personnels, tandis que les écrans stéréoscopiques actif ou passif se partagent les écrans des ordinateurs au cinéma.

=Liens=
 * 3DTV vizualizer and multiplexer http://3dtv.at
 * GStreamer et stereoscopy http://gstconf.ubicast.tv/videos/3d-stereoscopic-and-gstreamer/
 * 3D Webcam http://www.minoru3d.com/
 * Lunettes 3D NVidia

=Ouvrages=
 * Stereoscopic Cinema. Frederic Devernay and Paul Beardsley. "Image and Geometry Processing for 3-D Cinematography Springer Berlin Heidelberg (Ed.) (2010)11-51"DOI : 10.1007/978-3-642-12392-4.