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Les illusions d'optique
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Introduction
I. Les illusions d'optique
II. L'illusion du relief
III. Les images subliminales


TPE : Illusions d'optique
Doit-on croire tout ce que l'on voit ?

L’illusion du relief

 

Nous avons donc vu que même si l’œil est un organe très développé chez l’homme, il n’est pas infaillible. Les informations qu’il envoie au cerveau ou l’interprétation qu’en donne celui-ci peuvent être éloignés de la réalité. Cependant, une des particularités de notre vision peut difficilement être trompée : c’est la perception du RELIEF. En effet, l’homme peut apprécier les distances sans avoir à se déplacer ou connaître le volume d’un objet sans avoir à faire intervenir son sens du toucher. Mais comme les autres informations que nous fournissent nos yeux, comme les couleurs ou la luminosité, elle peut nous prêter à confusion.

 

  • Le principe du relief : la stéréoscopie

 

  • Convergence et accommodation

 

La perception du relief est possible grâce à un mécanisme efficace : la vision binoculaire. Il faut en effet pour cela deux informations différentes que nous donnent les deux yeux. A partir des images qui se forment sur notre rétine, le relief est définit par deux facteurs :

Lorsque nous regardons un objet proche, nos yeux ont tendance à se croiser. C’est la convergence binoculaire. Plus on regarde un objet proche, plus l’angle de convergence est grand. Au-delà d’une distance d’une dizaine de mètre, les axes des yeux sont quasiment parallèles. Cette convergence des yeux est possible grâce aux muscles externes de chaque œil. Le cerveau peut alors utiliser la convergence en pivotant les yeux pour connaître la distance d’un objet. De plus la convergence permet de déterminer quelle doit être l’accommodation des yeux.


La vision normale de loin :

Le cristallin est peu utilisé en vision de loin car les rayons lumineux arrivent presque parallèles et la réfraction par la cornée suffit à les projeter sur le fond de l'oeil. Au repos le cristallin est tendu ce qui est rare dans le corps humain ainsi le cristallin prend une forme mince et allongée.

l'oeil, le globe oculaire, vision de loin © Ophtasurf

 

La vision normale de près :

En revanche, les objets situés à moins de 6 mètres ne renvoient plus de rayons parallèles ce qui modifie la réfraction. Pour compenser cela, le cristallin épaissit (les muscles ciliaires se relâchent) et il se bombe sans que vous en ayez conscience.
Résultat : la surface est plus courbe et dévie davantage la lumière. cet ajustement de la forme du cristallin s'appelle : l'accommodation.

l'oeil, le globe oculaire, vision de près © Ophtasurf

 

  • Disparité binoculaire horizontale

 

La perception du relief, c’est voir les différents plans d’une image, mais aussi la profondeur des objets et leurs distances relatives. Or puisque nous ne possédons « que » deux yeux, ils ne peuvent pas converger vers deux points différents. Cependant, nos yeux sont écartés en moyenne de 6.5 cm, ce qui suffit pour créer un décalage entre les informations que nous fournissent chacun de nos yeux. Par exemple, regardons un objet proche, pour que la convergence soit forte, puis un autre objet proche se trouvant à la même hauteur, mais décalé sur un côté ou un autre de l’objet précédent : il y a une différence d’angle de convergence, produit par un décalage horizontal. Pour des plans situés très loin de l’observateur, il n’y a presque plus de décalage. C’est cette notion que notre cerveau met en pratique pour déterminer le relief : c’est la disparité binoculaire horizontale. Chaque plan d’une scène se décale horizontalement sur les images rétiniennes : c’est une parallaxe stéréoscopique. Cette parallaxe est proportionnelle à la distance : l’écart de parallaxe augmente avec l’écart de distance entre les objets. L’écart suffit à lui tout seul pour créer le relief stéréoscopique.

Finalement, grâce à la convergence, l’accommodation et la disparité binoculaire, le cerveau peut fusionner les images rétiniennes pour obtenir une image unique et tridimensionnelle en quelques millionièmes de secondes.

L’illusion du relief grâce à des outils techniques

 

Les mécanismes qu’utilise le cerveau pour déterminer le relief sont fiables, mais les informations que les yeux fournissent peuvent quand même être transformé avec un peu de technique et d’ingéniosité. Notre perception du relief peut en effet se faire tromper par une image plane conçue dans le but de créer l’illusion du relief. Cette illusion peut soit demander un effort inhabituel et conscient, soit elle peut nous tromper facilement grâce à différents outils que nous allons examiner.

 

  • Les images stéréoscopiques

 

C’est la base de toutes les illusions du relief nécessitant un objet technique. Ces images en deux dimensions fonctionnent par couple pour se substituer aux deux images que fournissent les yeux au cerveau d’une scène tridimensionnelle. Se sont deux images d’une scène tridimensionnelle fixe dans les conditions d’une vision parallèle : les deux points de vue de la scène sont espacés d’environ 6.5cm, ils ont le même sens et la même direction. Ces images ne sont pas obligatoirement des représentations d’une scène réelle car on peut créer des images stéréoscopiques représentants des formes géométriques ou d’autre création artistique. La seule obligation est qu’il faut nécessairement des écarts de parallaxes stéréoscopiques (c'est-à-dire différents plans) pour que le cerveau puisse calculer une profondeur. Des appareils photos ont été spécialement créés pour prendre des images stéréoscopiques grâce à deux objectifs, ce qui donne la possibilité de prendre des sujets mobiles en photo stéréoscopique, ce qui presque impossible à obtenir en déplaçant, même correctement, un seul objectif. A partir de ces images, on peut utiliser plusieurs techniques pour que chaque oeil reçoive l’image qui lui est destinée. La solution la plus simple est le stéréoscope. C’est un outil simple qui ne fait que présenter chaque image stéréoscopique à l’œil qui lui est destiné sous forme de diapositives montées sur le stéréoscope. Cet outil ne fait que nous éviter de faire converger notre regard, car il faut que notre vision reste parallèle pour que l’on puisse ressentir le relief sur les images stéréoscopiques. Cette technique simple ne permet pas de faire défiler plusieurs images et ne peut donc pas nous substituer à la réalité dans le mouvement.

Stereoscope 1850

 

  • Les anaglyphes :

Cette première application de nos connaissances sur la vision stéréoscopique utilise une notion physique : un filtre transparent coloré ne laisse passer que les rayons lumineux de la même couleur que le filtre. Un filtre d’une couleur précise ne laissera donc pas passer les rayons de couleur, c’est à dire de longueurs d’onde, différentes. On peut alors utiliser deux couleurs complémentaires du spectre de la lumière visible, comme le rouge et le bleu ou le rouge et le vert. Il faut donc prendre deux photos décalées, l’une avec un filtre rouge, et l’autre avec un filtre bleu. Chaque image stéréoscopique est donc représentée dans une seule couleur : l’image gauche en rouge (par convention) et l’image droite en bleu. Il suffit ensuite de fusionner les deux images créées : on obtient une image unique d’une scène où l'on peut voir des contours rouges et bleus. On a ainsi créé un anaglyphe. Pour en voir le relief, il suffit de mettre un filtre rouge devant l’œil gauche et un filtre bleu devant l’œil droit.

Cette technique peut être appliquée facilement au cinéma, mais l’inconvénient est que cela fatigue l’œil et rend les contrastes difficiles : on ne peut percevoir toutes les couleurs (le spectre de la lumière a été réduit).

experience anaglyphes :

 

  • Les lunettes synchronisées

 

Les progrès de l’électronique offrent une technique qui donne la sensation du réel la plus aboutie. Pour que chaque œil perçoive l’image qui lui est destinée et seulement celle-ci, il suffit de cacher l’œil droit lorsque l’on montre l’image stéréoscopique de droite et inversement. C’est un procédé logique mais difficile à accomplir. Cependant, il a pu être mis au point grâce aux cristaux liquides. Ces cristaux transparents ont la possibilité de se noircir. Des lunettes électroniques à cristaux liquides peuvent permettre de cacher alternativement chaque œil. Les images stéréoscopiques sont donc projetées alternativement à très grande vitesse et les lunettes sont synchronisées sur la même fréquence. Le défilement est suffisamment rapide pour que l’on ne perçoive pas l’alternance. Malheureusement ces lunettes fatiguent les yeux et font ressentir leur présence par leur poids.

Cette technique comme les autres précédemment citées ne peut reproduire la liberté de mouvement que l’on possède dans la réalité. Les parallaxes stéréoscopiques sont orientées horizontalement selon l’axe des yeux ou des objectifs. L’illusion du relief se perd donc si notre vision n’est pas correctement arrangée : un décalage entre l’axe des yeux et celui des images (l’inclination de tête par exemple) fait disparaître la sensation de relief.

 

Applications directes

 

L’illusion du relief ne rend pas obligatoire l’utilisation de matériel technique. Nous pouvons consciemment trouver la sensation du relief à partir d’une image plane. Cependant cette technique demande un effort inhabituel que certains n’arrivent pas à faire, en plus de ceux qui n’ont pas les capacités oculaires suffisantes pour pouvoir voir le monde en relief distinctement.

 

  • Les stéréogrammes

C’est la simple représentation d’image stéréoscopique sur un support plat. Cette technique est limitée par le nombre d’observateur, car ils doivent garder le regard parallèle. C’est un effort inhabituel qui dans la réalité donne une vision floue d’images doubles : c’est la diplopie. Elle est aussi limitée pour les dimensions. Sans matériel, la vision parallèle ne peut dépasser l’écart interpupillaire (≈6.5cm). Les dimensions des images sont limitées dans la largeur. On peut aussi utiliser la vision croisée en inversant les images (sinon le relief serait inversé) car certaines personnes ont plus de facilité à loucher. Cette technique subit moins la contrainte de la largeur des images mais elle est peu utilisée.

Donc contrairement à une vision dite « normale » quand nous regardons un stéréogramme, nos yeux ne convergent pas vers un point de l’image, mais vers bien au-delà. Chaque œil envoie au cerveau les images stéréoscopiques ; le cerveau « calcule » le relief grâce aux écarts de parallaxes. Le relief des stéréogrammes est plus précis que l’estimation que nous pouvons nous en faire par la perspective.

La technique des stéréogrammes peut être appliquée en série par une suite d’images, stéréoscopiques deux à deux. C’est un premier pas vers les autostéréogrammes. La vision des stéréogrammes laisse pourtant dans notre champ de vision des images dissociées, c’est à dire l’image stéréoscopique droite pour l’œil gauche et inversement.

 

  • Les autostéréogrammes

Les autostéréogrammes sont une répétition d’éléments stéréoscopiques. Ils peuvent représenter seulement un relief en vision parallèle, tout en étant qu’un simple motif répété en vision convergente, à quelques détailles près. La largeur des motifs est naturellement inférieure à l’écart interpupillaire, mais les motifs sont répétés plusieurs fois.

Lorsqu’un autostéréogramme utilise une image (un dessin ou une photo), la répétition des images suit le principe de la parallaxe stéréoscopique : si l’intervalle de répétition est faible, l’élément semblera proche, et si l’intervalle de répétition est plus grand, l’élément semblera plus éloigné.

Si l’autostéréogramme n’a pas de signification en vision normale, c’est parce que la répétition d’un motif cache des décalages de pixels. C’est grâce à l’informatique que l’on peut créer ces autostéréogrammes. L’ordinateur reproduit le motif normalement, puis il insère le relief qu’il doit donner (qu’il comprend dans un dégradé de gris tel que le noir est l’élément le plus éloigné et le blanc l’élément le plus proche : c’est un codage des altitudes). Lorsque le relief se rapproche, il comprime les pixels du motif (il le réduit), et lorsque le relief s’éloigne, il détend le motif en augmentant le nombre de pixel. On peut donc observer sur un autostéréogrammes des imperfections dans la répétition des motifs.

-> expérience autostéréogrammes :

étape 1

étape 2

étape 3

Conclusion :

  • La connaissance de notre perception visuelle a engendré le développement de techniques permettant de donner l’illusion de la réalité à travers la sensation du relief. Ces techniques ne livrent malheureusement pas une réalité totalement objective, elles présentent des inconvénients divers tels que le port de lunettes, l’impossibilité pour le sujet de bouger, une fatigue oculaire ou encore un effort conscient, ce qui ne permet pas à l’illusion de se substituer à la réalité. Pour tromper totalement un individu il faudrait également tromper ses autres sens et améliorer les techniques actuelles de stéréoscopie.
    Ces techniques largement utilisées au cinéma, dans les parcs d’attraction etc… restent dans le domaine du « loisir ». Toutefois la connaissance de notre perception n’a pas permit de développer uniquement des « jeux » comme nous allons le voir avec les images subliminales.

 

 


   
     

Créateurs : Jonathan F. Jeremy C. et Clément D.