La téléviseurs 3D

Introduction

Au commencement, la question de la vision en relief sur des surfaces planes fut amenée par des physiciens opérant dans le domaine de l’optique. Cette interrogation n’attendit pas longtemps pour prendre un nouveau tour et se préciser : comment pouvoir apprécier les profondeurs d’une image ? Comment simuler en nous l’impression d’être face à un objet ou un paysage, comme si on le regardait vraiment, et avec nos deux yeux ? Ce mystère fut, aux origines, difficile à élucider, surtout du temps où la photographie n’avait pas encore prit son essor… Tout d’abord, il a fallu créer des images en deux dimensions, sans profondeur, à l’aide de pinceaux ou de matériel de dessin. Il n’était pas difficile de comprendre que nous aurions besoin des propriétés de nos deux yeux, placés à environ six centimètres l’un de l’autre, pour voir en trois dimensions, et que nous aurions besoin de deux images pour voir en relief ; celles qu’auraient perçus notre œil droit et notre œil gauche s’ils s’étaient trouvés devant la scène représentée. Dès lors, l’énigme fut ; comment ne laisser discerner à chacun de nos deux yeux qu’une seule des deux images ? Plusieurs y répondirent, avec un grand nombre de procédés différent ; la vision “libre”, aux origines, ou encore un fameux stéréoscope à miroirs, au XIXème siècle, que vous découvrirez plus tard, ceci avec un autre système, fondé sur la complémentarité des couleurs ; l’anaglyphe. D’autres techniques émergèrent encore, comme la polarisation ou l’alternance, pour les plus récentes d’entre elles…

Depuis, les images en trois dimensions font ravage dans le domaine du visuel : la photographie, la peinture ou le cinéma. La problématique à laquelle nous allons apporter des éléments de réponses est la suivante :

Comment à partir de deux images en deux dimensions (2D) arrive-t-on à former une troisième image en relief ?

L’objectif que nous poursuivons est d’expliquer comment il est possible de discerner une image dans ses trois dimensions, à partir de deux images en deux dimensions, à travers deux exemples de techniques précis ; l’anaglyphe et le stéréoscope à miroirs de Mr Wheatstone. Après avoir parlé de l’histoire de la 3d, nous citerons également deux autres procédés non contestables ; la polarisation et la vision ”libre”…

NB : Il est conseillé de ne pas regarder des images 3D trop longtemps au risque de troubles psychiques et de nausées. Nous tenons à préciser que les images de ce document, qu’elles soient en trois dimensions ou non, proviennent essentiellement de nos propres appareils photographiques, ou de logiciels de dessin à partir desquels elles ont été formées. Seules quelques images, signalées par un astérisque, indique qu’elles ont été tirées d’internet.

I. Histoire de la 3D

1. Prémices

La remarque induisant que l’ouverture de nos deux yeux simultanément ajoute une nouvelle dimension au paysage remonte à la lointaine époque d’Euclide, grand géomètre grec du troisième siècle avant Jésus-Christ. Il établit une théorie, laquelle supposait que l’image observée par l’homme avec ses deux yeux en temps normal est en réalité la superposition de deux images distinctes, perçues par chacun de nos deux yeux (cf. Un peu de théorie). "Voir le relief, c'est recevoir au moyen de chaque œil l'impression simultanée de deux images dissemblables du même sujet", explique-t-il. Plus tardivement, une centaine d’années après le travail d’Euclide, ce sujet sera repris par le médecin grec Galien, en 170 av. Jésus-Christ. Fort malheureusement, après cette période, l’idée sera relâchée, et aucun écrit connu ne ramènera l’hypothèse sur le devant avant près de deux millénaires…

En 1584, ce fut le célèbre artiste Léonard de Vinci qui récupéra le flambeau, en qualité de peintre et d’homme de sciences. A partir d’idées et d’hypothèses, cette grande figure de la Renaissance composa un manuscrit abordant le thème de la vision en trois dimensions. Pour lui, la peinture ne pouvait pas vraiment retranscrire ce que percevait la vision ; c’était impossible, et son rêve devint de créer une œuvre en 3D, criante de réalité, il demeura inachevé durant le restant de sa vie : on a toujours mieux perçut les dimensions en face d’une scène que devant une image ; son étude ne put malheureusement aller bien loin, s’arrêtant au point constatant que chaque œil perçoit une part de paysage inconnue de l’autre.

Le principe ne fut pas développé davantage tout au long de cette époque. Survint alors une vague d’opinions divergentes sur la théorie tout au long des 3 siècles suivants. Plus tard, un physicien anglais, Mr Wheatstone, se réinterrogea sur la question, reprenant le travail de Léonard de Vinci. Il étudia le domaine de vue respectif de chaque œil, et apporta bientôt une réponse à cette question ancestrale : l’erreur de Léonard de Vinci, c’est d’avoir seulement cherché à décaler une image pour en créer une autre ; il n’avait pas pris compte d’un phénomène ; si l’on observe une petite sphère, par exemple, entrant toute entière dans notre champ de vision ; toute une partie latérale de l’objet est visible seulement d’un œil, et est dissimulée à l’autre ; une simple translation n’est alors plus possible…

Fig.1 : Dessins effectués par Charles Wheatstone pour expliquer sa théorie.*

2. Prototypes

Mais parlons un peu du physicien anglais Charles Wheatstone, (6 février 1802, Barnswood ; 19 octobre 1875, Paris). Il est le créateur de nombreuses œuvres, telles que l’un des premiers microphones, le premier télégraphe électrique, de Londres à Birmingham, ou encore le principe même de la vision stéréoscopique (également appelée vision binoculaire), dont l’étymologie provient du grec στέρεο ; « stéréo », solide, et de σκοπέω ; « skopéo », observer.

En 1838, suivant la piste de ses dessins, Charles Wheatstone se mit dans l’idée de créer un premier appareil, permettant de voir deux de ses dessins simultanément, et ainsi de les superposer, comme le font naturellement nos deux yeux lorsque nous nous trouvons face à un objet. Son but, donner du relief à deux images différentes et planes, fut atteint au moyen de la réflexion de deux miroirs, placés à angle droit. Il nomma son dispositif "stéréoscope",

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