Comment voit-on en relief ?
Dans la vie courante, nos yeux perçoivent la réalité sous des angles légèrement différents. Notre cerveau analyse la disparité entre ces deux images et produit une sensation de relief. L'effort musculaire de vergence des yeux est également pris en compte, tout comme plusieurs indicateurs monoculaires, tels que la perspective, l'occlusion des objets, leur déplacement relatif, les ombres portées ou les réflexions.
Au cinéma, nous pouvons voir un film comme Avatar en relief car le projecteur alterne des images différentes, les unes destinées à l'oeil gauche et les autres à l'oeil droit. Les lunettes spéciales que nous portons empêchent chaque oeil de voir les images qui ne lui sont pas destinées. Trompé par la perception de deux images distinctes, le cerveau reconstitue une sensation de relief, bien que l'écran sur lequel sont projetées les images soit plat.
Lorsque l'on utilise un écran 3D Alioscopy, il n'est plus nécessaire de porter de lunettes spéciales. En effet, le composant optique lenticulaire à la surface de l'écran ne montre pas la même image selon l'angle sous lequel on le regarde. Puisque les deux yeux ne sont pas au même endroit, ils voient chacun une image différente, ce qui permet au cerveau de reconstituer une sensation de relief, d'autant plus naturelle qu'aucun accessoire n'est requis.
Quel sont les principaux avantages des écrans 3D Alioscopy par rapport aux écrans 3D à lunettes ?
La liberté pour tout spectateur de voir en relief sans porter de lunettes constitue le premier avantage évident des écrans Alioscopy. Ils permettent d'exploiter le relief dans toutes les circonstances où la gestion des lunettes n'est pas envisageable (réseaux d'écrans publicitaires, événementiel, etc.). Les lunettes, peu conviviales, coupent le spectateur de son environnement et ne sont pas très adaptées au travail collaboratif. Elles compliquent la communication entre spectateurs.
Il existe d'autres avantages secondaires non négligeables. Les écrans Alioscopy préservent la luminosité, les couleurs et le contraste des images, là où les lunettes absorbent de 50% à 80% de la luminosité des écrans et en altèrent les couleurs.
Un autre avantage réside dans la vision dynamique du relief que permettent les écrans 3D Alioscopy. En effet, les 8 points de vue multiplexés dans l'image Alioscopy permettent au spectateur de se déplacer latéralement sur environ 50 cm et de voir l'image relief se transformer à l'écran de façon continue, comme s'il s'était déplacé de 50 cm devant une fenêtre située à la même distance. En bout de parcours, l'image revient à sa position d'origine. A l'inverse, le spectateur portant des lunettes 3D qui se déplace devant une télévision 3D a la sensation que l'image se déforme, car son cerveau ne trouve pas d'autre explication pour justifier que le relief n'ait pas changé en dépit du déplacement. Ce problème ne se pose pas devant un écran 2D, car les deux yeux voient la même chose et le cerveau ne s'attend pas à ce qu'il en soit autrement en cas de déplacement.
Pourquoi faut-il 8 points de vue en non pas 2, comme au cinéma ?
En effet, pour voir en relief, deux points de vue suffisent, et le spectateur n'en voit d'ailleurs jamais que deux à la fois sur un écran Alioscopy. Chaque fois qu'il se déplace, le spectateur change cependant de couple stéréoscopique et plus il y a de points de vue dans l'image, plus la zone de transformation du relief en continu est large. C'est que l'on appelle le "lobe". L'écart entre deux points de vue étant égal à l'écart entre nos yeux (6.5 cm), 8 points de vue permettent d'avoir un lobe de 52 cm.
Cette qualité donne une richesse incroyable à l'image, mais elle a ses limites. En effet, il existe une courte zone de transition entre chaque lobe, de 6.5 cm, que l'on appelle "passage de lobe", et dans laquelle le relief est inversé. C'est le moment où l'oeil gauche voit l'image 8 tandis que l'oeil droit voit de nouveau l'image 1, et non une hypothétique image 9 complémentaire, qui n'existe pas. Il est indispensable d'éviter de se trouver au "passage de lobe" pour profiter du relief.
Si les écrans n'avaient que deux points de vue, l'occurrence de cette zone de transition serait trop fréquente et l'on aurait une chance sur deux de se trouver mal placé. En revanche, avec 8 points de vue, le spectateur a 7 chances sur 8 de se trouver dans une bonne position, ce qui rend l'usage des écrans 3D Alioscopy beaucoup plus naturel et instinctif. Il suffit de bouger de quelques centimètres pour échapper à un "passage de lobe".
Dans ces conditions, on peut se demander pourquoi 8 points de vue seulement et non pas davantage ? Ce choix est un compromis entre la résolution perçue de chaque point de vue et la résolution nominale de l'écran disponible pour coder toute cette information. Les écrans 3D Alioscopy utilisent au mieux les mécanismes physiologiques de la vision pour restituer une sensation de haute définition en relief. Afficher plus de 8 points de vue sur un écran HD altèrerait la sensation de finesse perçue dans l'image. Lorsque des écrans de plus haute définition seront plus communément disponibles, Alioscopy produira alors des écrans 3D à 16 points de vue.
Comment créer du contenu pour les écrans 3D Alioscopy ?
Les écrans 3D Alioscopy requièrent que soient mélangés 8 points de vue légèrement différents d'une image pour l'afficher en relief. Les sources peuvent être des images de synthèse, des vidéos ou des photos, ainsi que de la 3D temps réel, à condition d'être disponibles à 8 points de vue.
Les images de synthèse sont les plus simples à générer. Alioscopy fournit en effet à ses clients des scripts pour les principaux logiciels d'animation 3D du marché. Ces modules additionnels permettent de générer 8 caméras dans une scène 3D, qui conjuguent toutes les qualités requises (focale, base stéréoscopique, distance au plan de l'écran). Les infographistes doivent maîtriser la grammaire du relief et les contraintes à respecter, mais leur travail est très largement facilité par ces outils.
Les tournages vidéo sont plus contraignants aujourd'hui. Il faut en effet disposer de 8 caméras parfaitement alignées et synchronisées. Alioscopy développe depuis plus de 20 ans des systèmes de prise de vue, notamment utilisés en visioconférence relief. Cet usage est approprié compte tenu des conditions de tournage bien calibrées, mais ces caméras s'avèrent compliquées à utiliser dans des circonstances moins bien maîtrisées. Vous pouvez nous consulter en fonction de vos besoins spécifiques. La demande d'images naturelles étant très importante, il est vraisemblable que des dispositifs de prise de vue à 8 caméras seront commercialisés à l'avenir.
Les photos sont plus faciles à réaliser, notamment s'il s'agit de scènes statiques plutôt que des sujets vivants. Il suffit alors de déplacer un appareil photo latéralement et de prendre successivement 8 photos, avec un écart précis calculé selon la distance au sujet. Après un travail de postproduction, ces photos peuvent être mixées en une image Alioscopy, et même donner naissance à une séquence animée, en faisant un mouvement de caméra dans la photo.
La 3D temps réel est une source inépuisable de contenus : imagerie médicale, scientifique, jeu, CAO, design, prototypage, prospection pétrolière, géologique ou minière, formation, applications militaires, scanners de sécurité, etc. La plupart des applications peuvent être adaptées pour générer 8 images à la volée, mixées en une image Alioscopy destinée à être affichée en relief.
Les écrans 3D Alioscopy peuvent-ils jouer des contenus 2D plats ?
Oui, il est possible de jouer des contenus plats sur un écran 3D Alioscopy, et ils s'afficheront comme sur n'importe quel écran ordinaire.
Peut-on convertir des contenus 2D plats en relief ?
La conversion de contenus 2D plats en relief fait l'objet d'importantes recherches dans le monde, mais elle est encore aujourd'hui très coûteuse et ne donne pas toujours des résultats probants. C'est cependant un procédé que les grands studios hollywoodiens commencent à utiliser, pour s'affranchir des contraintes de prises de vue en relief.
Il existe cependant quelques cas particulier de contenus plats que l'on peut convertir en relief. C'est notamment celui des tournettes, de certains tournages aériens ou de travelings, qui peuvent donner des résultats spectaculaires.
Peut-on voir des films relief stéréoscopiques sur un écran Alioscopy ?
La conversion de contenus stéréoscopiques à 2 points de vue en contenus auto-stéréoscopiques à 8 points de vue est un axe de recherche prometteur. L'accès des écrans Alioscopy au marché grand public dépendra en partie de la qualité de ces conversions.
Existe-t-il d'autres technologies d'écrans auto-stéréoscopiques que celle mise en oeuvre par Alioscopy ?
Il existe essentiellement deux technologies d'écrans auto-stéréoscopiques sur le marché : les écrans à barrière de parallaxe et les écrans lenticulaires. Les écrans 3D Alioscopy utilisent des composants optiques lenticulaires, fabriqués en France par la société.
Une barrière de parallaxe est un film composé de zones opaques et de zones transparentes. A travers la succession de fentes ainsi créées, l'œil gauche et l'œil droit voient deux parties de l'écran légèrement différentes. Lorsque ces parties coïncident avec des informations stéréoscopiquement complémentaires, cela produit une sensation de relief. Les barrières de parallaxe ont pour inconvénient d'assombrir les écrans au prorata du nombre de points de vue cachés. La multiplication de points de vue leur est donc défavorable.
Par opposition, les réseaux lenticulaires restituent l'intégralité de la luminosité des écrans, quelque soit le nombre de points de vue. Plus la résolution des écrans sera élevée, meilleurs seront les écrans lenticulaires, qui pourront multiplier les points de vue sans les assombrir. A titre d'exemple, les panneaux 3D Alioscopy, imprimés à 2400 dpi, exploitent ainsi 60 points de vue, derrière de lentilles de 0.6 mm. Cela préfigure ce que pourraient être les écrans dans le futur.
Peut-on transformer n'importe quel écran LCD en écran Alioscopy ?
Non, car le composant optique lenticulaire est fabriqué en fonction des caractéristiques physiques de l'écran : nombre et forme des pixels, agencement des points de couleur, espaces entre chaque pixel, type de signal vidéo (RGB ou YUV), nature de l'électronique, etc. De plus, le composant doit être appliqué sur l'écran avec une précision extrême. Il n'est donc pas envisageable d'adapter un écran quelconque et ceux que nous transformons ont été choisis très spécifiquement pour répondre à notre cahier des charges.
Quelles différences entre holographie et Alioscopy ?
L'holographie est un procédé d'imagerie en volume utilisant les interférences produites au moyen d'une source laser. Plusieurs systèmes existent, du plus simple à un seul laser aux plus complexes destinés à créer des images multicolores. Ses contraintes de coût et de mise en œuvre en limitent l'utilisation.
A l'inverse, les écrans 3D Alioscopy sont d'un usage très simple. Ils se connectent en DVI à un ordinateur comme n'importe quel moniteur vidéo. La création des contenus est bien plus abordable et les conditions d'usage plus flexibles.
Pourquoi voit-on encore peu de relief sans lunettes aujourd'hui ?
Les écrans auto-stéréoscopiques requièrent des contenus spécifiques, différents de ceux diffusés dans les cinémas 3D. Il faut en effet 8 points de vue au lieu de 2, afin d'offrir aux spectateurs une grande latitude de positionnement. Ces écrans sont surtout utilisés que dans des contextes où le contenu peut être créé spécifiquement. C'est pourquoi on les trouve plutôt aujourd'hui dans des applications d'affichage dynamique, de communication événementielle, en muséographiques ou en imagerie médicale ou professionnelle.
Combien y a-t-il de lentilles sur un écran 3D Alioscopy ?
Les écrans 3D Alioscopy sont couverts par 720 microlentilles cylindriques alignées de façon oblique. La résolution d'un écran Full HD est de 1920 x 1080 pixels. Chaque pixel est composé de 3 sub-pixels (Rouge, Vert, Bleu), si bien que chaque ligne compte 1920 x 3 = 5760 sub-pixels. Chaque lentille couvre 8 sub-pixels, si bien qu'il y a 5760 / 8 = 720 microlentilles.
Une image Alioscopy mélange 8 points de vue. Cela veut-il dire que la résolution de chacun des points de vue est 8 fois inférieure à la résolution de l'écran ?
Non, ce n'est pas le cas et chacun s'accorde d'ailleurs à dire que la qualité d'image perçue sur un écran 3D Alioscopy est comparable à celle de la HD plate. Il a 720 microlentilles cylindriques sur un écran 3D Alioscopy et chaque lentille recouvre 8 points de vue. La résolution réelle de l'image perçue par chaque oeil sur l'écran est donc de 720 x 1080. Or non seulement chaque oeil voit une image différente à cette résolution, mais il voit aussi pour chaque pixel de l'image une composante colorée différente de l'autre oeil. Cette complémentarité résulte de l'algorithme de mixage des 8 images breveté par Alioscopy. La résolution de l'image stéréoscopique perçue par le cerveau est égale à la résolution monoculaire multipliée par le nombre de plans en profondeur identifiés dans l'image relief. C'est pourquoi la sensation de qualité restituée est celle de la HD et non pas une celle d'un écran de basse définition.
Il faut cependant préciser que toute information discrète inférieure à 3 pixels d'épaisseur, comme par exemple des caractères fins, sera difficile à lire sur l'écran, car les lentilles en feront disparaître une partie.
La résolution perçue par chaque oeil est de 720 x 1080 sub-pixels et non pas de 720 x 1080 pixels carrés. Pourquoi la qualité d'image résultante est-elle alors aussi bonne ?
Pour répondre à cette question, il faut dire quelques mots de la physiologie de la vision. L'oeil humain possède trois sortes de cônes, ayant chacun une sensibilité différente aux différentes longueurs d'onde composant le spectre de la lumière visible. Par synthèse additive, l'oeil combine la lumière des sources colorées rouges, vertes et bleues, et crée ainsi une nouvelle couleur. Partant de ce principe, l'utilisation de la trichromie permet de reproduire sur un écran des millions de couleurs à partir des trois couleurs primaires RVB.
Chaque sub-pixel contribue à la luminance (Y) et la chrominance de chaque pixel selon l'équation suivante : Y= 0,3R + 0,11B + 0,59V où R, V et B correspondent aux niveaux des trois couleurs primaires. Les algorithmes de compression d'images s'appuient d'ailleurs sur cette relation pour réduire la bande passante des images, tout comme la diffusion hertzienne.
Ce sont les variations de luminosité qui donnent la sensation de finesse et de détails dans une image. Chaque composante colorée participe donc à la luminance totale et à ce titre véhicule une partie des détails de l'image complète. En termes de luminance, la résolution de 720 x 1080 sub-pixels perçue par chaque oeil et donc similaire à celle de 720 x 1080 pixels carrés, notamment du point de vue de la finesse des détails, grâce au mécanisme de mixage des images: les sub-pixels appartiennent à une série de pixels jointifs et le sous échantillonnage ainsi réalisé respecte la permutation circulaire de la couleur choisie rendue nécessaire par la position oblique des lentilles devant l'écran. Si les images sources présentent des détails ou des motifs de l'ordre de grandeur du pixel, le mixage ne permet pas de restituer ce niveau de détail. C'est notamment le cas des polices de caractères trop petites. Il est alors nécessaire d'appliquer un filtre "passe-bas" pour récupérer de la lisibilité, mais c'est au prix d'une diminution de la finesse restituée.
Pourquoi la sensation de relief est-elle plus faible sur les écrans se regardant de près ?
La perception du relief devant une scène 3D représentée sur un écran ou une photographie est la conjonction de deux facteurs aussi importants l'un que l'autre :
- La perception du relief dépend de la disparité inscrite dans le couple d'images stéréoscopiques. Cette disparité est la différence entre les images de gauche et de droite, qui simulent ce que chaque œil verrait devant une scène réelle. Les deux yeux étant séparés d'environ 6,5 cm en moyenne, ils perçoivent la même scène avec une différence de parallaxe ou différence de points de vue, qui entraîne la disparité binoculaire.
- Cette disparité perçue fait l'objet d'un traitement mental pour opérer la fusion binoculaire, afin de créer une sensation unique. Ce traitement est variable et dépend des conditions d'observation et notamment des perceptions proprioceptives.
Des images en relief identiques produisent des sensations différentes lorsqu'elles sont perçues à des distances différentes. Ainsi, à contenu égal, c'est-à-dire à disparité égale, les écrans qui se regardent de loin produisent une sensation de relief (en profondeur comme en jaillissement) plus importante que les écrans qui se regardent de près. En effet, on s'attendrait à avoir plus de disparité de près, comme dans la réalité.
Les écrans Alioscopy sont calibrés pour avoir une distance idéale d'observation et ils ont des distances minimales et maximales d'utilisation. Selon l'usage recherché, il faudra choisir le bon écran et adapter les paramètres de création de contenu en conséquence. Pour garantir une sensation de relief naturelle sur des écrans qui se regardent deux fois plus près, il est souhaitable de doubler l’écart entre les caméras (la base stéréoscopique), pour satisfaire les attentes psychophysiologiques.
