Mettez vos lunettes !
Problématique:
Après avoir vu ensemble Astérix en 3D nous nous sommes demandés comment fonctionne la 3D et comment notre œil la perçoit-il?
TPE session 2015 - Lycée Stéphane Hessel
Nous sommes trois élèves au Lycée Polyvant Stéphane Hessel d'Epernay dans le département de la Marne.
Nous avons choisi ce sujet car ils nous semblait original et intéressant et que nous avions déjà été au cinéma ensemble pour aller voir un film en 3D.
Nous mettons ci-joint le carnet de bord de notre TPE :
Carnet de bord.
Mardi 9 septembre:
La première séance nous n'avions aucune idée de notre sujet, nous avons fait des recherches sur internet pour trouver des sujets de TPE déjà réalisés. Chacun de nous a fait une liste avec trois sujets envisageables.
Mardi 16 septembre:
Durant la deuxième séance nous avons trouvé notre sujet : La 3D ainsi que notre problématique qui est comment notre oeil perçoit-il la 3D?
Mardi 23 septembre:
Lors de la troisième séance nous avons organisé notre TPE en trouvant des axes:
Mardi 30 septembre:
Chacun a fait des recherches sur sa partie qui lui a été attribuée.
Mardi 7 octobre:
Nous avons continué nos recherches de manières plus précise.
Mardi 14 octobre:
Nous avons commencé a mettre en commun nos recherches.
Mercredi 22 octobre:
Nous nous sommes donné rendez-vous à la médiathèque d'épernay pour mettre en commun nos recherches et faire un bilan de notre travail.
Mardi 4 novembre:
Durant cette séance nous avons eu l'idée de faire un site internet pour notre production, nous avons chercher comment nous y prendre.
Mardi 18 novembre:
Nous avons trouvé plusieurs sites mais qui étaient pour la plupart payant ou gratuit pour seulement 1 mois nous avons donc cherché du côté des blogs.
Mardi 25 novembre:
Nous avons commencez à rédiger les différentes parties et nous avons trouver le site Canalblog qui permet de crée un blog à partir d'un modèle.
Samedi 29 novembre:
Nous nous somme donnés rendez-vous chez l'un d'entre nous pour nous mettre d'accord sur la structure de notre site internet.
Mardi 2 décembre:
Nous avons travaillez sur le site internet.
Mardi 9 décembre:
Nous avons travaillez sur le site internet
Mardi 16 décembre:
Nous avons chercher des images en 3D sur internet puis nous les avons regardé avec des lunettes 3D anaglyphes pour voir si elle fonctionnent afin de les inclure dans notre notre site internet.
Mardi 6 janvier:
Nous avons travaillez sur le site internet.
Mardi 13 janvier:
Nous avons rédigez sur le site en changeant la présentation.
Mardi 20 janvier:
Nous sommes passé devant nos trois professeurs qui nous aident pour le TPE de 13h55 à 14h10, Ils nous ont donné des conseils pour notre production.
Mardi 27 janvier:
Nous avons inséré notre carnet de bord.
Mardi 3 février:
Nous nous somme réunis au Cdi pour nous répartir les paroles.
Lundi 9 février:
Nous avons passé un oral blanc pour voir les points positifs et négatifs. On nous à surtout conseillé de faire un diaporama en plus du site pour expliquer ce dernier de manière plus clair.
Vendredi 20 février:
Nous nous sommes concertés pour les travaux à faire pendant les vacances et donné rendez-vous pendant celles-ci.
Jeudi 5 Mars:
Nous nous sommes retrouvés à la médiathèque d'Epernay pour revérifier notre production avant de la rendre et pour faire les finitions.
Quelques sources utilisés pour nos recherches:
http://www.photo-stereo.com/anaglyphes-photographie-relief.html
http://3dcinema.jimdo.com/le-fonctionnement/
Sciences et Vie Junior
http://www.lesnumeriques.com/tout-savoir-3d-a979/les-lunettes-3d-actives-et-les-lunettes-passives-ap683.html
http://tpecinema3d.e-monsite.com/pages/lunettes-a-obturation/lunettes-a-obturation.html
http://www.orthoptie.be/fr/samenwerking-van-de-ogen/binoculair-gezichtsveld/
http://lecerveau.mcgill.ca/flash/a/a_02/a_02_p/a_02_p_vis/a_02_p_vis.html
Pour les images:
http://www.alpes-stereo.com/
http://alexbratu.ro/3d-anaglyph-games.htm
http://www.everythinginenglish.nl/blog/10-beatiful-3d-images.php
https://www.pinterest.com/danielerossi/anaglyph-3d/
Conclusion Générale:
Chaque types de 3D a pour but d'envoyer une image à un de notre oeil et une deuxième avec un point de vue légèrement différent de la première à l'autre oeil.
Pour cela il y a plusieurs manière de faire:
_utiliser les couleurs complémentaires (anaglyphes)
_utiliser des filtres (polarisation)
_utiliser des lunettes actives (lunettes à obturateur)
Chacune de ces 3D à ces inconvénients cependant ils donnent tous un rendu 3D correct.
Chaque oeil perçoit donc une image légèrement décalés par rapport à l'autre, souvent grâce à des lunettes,et notre cerveau associe ces deux images pour créer une image en 3D.
Cependant de nouvelles technologies et types de 3D apparaissent et nous permettent de percevoir la 3D sans lunettes comme la technologie dite d'alioscopy utilisée par exemple sur la Nintendo 3DS.
Lunettes à obturateur:
Nous avons appris que le cinéma d'Epernay utilisait le système des Lunettes à obturateur, nous nous sommes donc demandé comment ce système fonctionnait.
La technologie des lunettes à obturateur permet de visualiser des images en 3 dimensions à partir de deux images bidimensionnelles affichées sur un écran plat. Chaque verre possède un système d'obturation à valve optique qui le rend opaque ou transparent suivant le signal électrique qu'on applique aux cristaux liquides qui composent le verre.
Le signal envoyé est alterné très rapidement sur chaque verre a une vitesse de 60Hz. La coordination entre les images sur l'écran et le signal envoyé doit être parfait pour obtenir la 3D.
Contrairement aux autres types de 3D les images de la même scène décalées ne sont jamais superposées.
Voici comment fonctionnent les lunettes à obturateur, les images arrivent rapidement de manière alternée.
POLARISATION :
Nous avons aussi testé le système de la polarisation présent dans le cinéma de Reims.
Nous avons aussi tenté de percevoir une image 3D à l'aide de lunettes polarisantes et de filtres polarisants cependant les filtres polarisaient la lumière verticalement et horizontalement alors que nos lunettes étaient destinés à une polarisation circulaire.
Le principe des filtres polarisants est de ne laisser passer que les
ondes lumineuses correspondantes aux stries du filtre.
La 3D polarisée utilise deux systèmes de projection qui envoient chacun une image avec une prise de vue légèrement différente l'une de l'autre.
Les ondes lumineuses émisent par les vidéo-projecteurs passent à travers des filtres qui polarisent la lumière verticalement et horizontalement ou de manière circulaire.
La lumière, une fois polarisée ricoche sur un écran métalisé pour venir jusqu'au spectateur.
Le spectateur est muni de lunette polarisée:
Un des deux verres des lunettes laisse passer les ondes lumineuses verticales, l'autre verre laisse passer les ondes lumineuses horizontales.
Le spectateur reçoit une image différente pour chaque oeil, le cerveau les combine, celà nous donne un effet de relief.
Aujourd'hui, la polarisation circulaire est la plus utilisée.
La polarisation circulaire est basée sur le même principe que la rectiligne.
La différence est que les filtres placés à la sortie du vidéo-projecteur polarisent les ondes lumineuses circulairement vers la droite ou circulairement vers la gauche. Les verres des lunettes ne laissent passer que les ondes lumineuses correspondantes à leur sens de polarisation.
Cela évite les effets de rémanence (image qui reste sur la rétine) et autorise au spectateur les mouvements de la tête.
ANAGLYGPHES :
Nous avons regardé ,à l'aide de lunettes anaglyphes, plusieurs images 3D et nous nous sommes alors demandé comment fonctionnaient les anaglyphes ?
Mettez vos lunettes et regardez les quelques images suivantes :
Nous constatons que le système des anaglyphes est constitué de deux images,chacune de la couleur complémentaire à la seconde représentant la même scène mais avec un point de vue légèrement différent . L'image 3D est restituée à l'aide de lunette possédant un filtre de l’une de ces deux couleurs complémentaires sur un œil et un filtre de l’autre couleur sur l’autre œil : ainsi, chaque œil ne perçoit que les éléments de l'image visibles à travers le filtre de la même couleur (si le fond de l'image est noir) ou de la couleur complémentaire (si le fond de l'image est blanc). En effet les filtres influencent sur les cônes RVB (Rouge-Vert-Bleu), qui sont les 3 types de cônes présent dans l'oeil, et empêchent l'oeil de percevoir certaines longueur d'ondes et donc certaines couleurs.
Nous avons donc testé plusieurs associations de couleurs pour voir laquelle est la meilleur :
Les schémas suivants nous montrent notre conclusion quand aux associations des filtres:
Association rouge bleu, pas la meilleur :
En effet même si l'association rouge bleu est possible les filtres ne permettent pas de voir le vert ce qui est un énorme inconvénient.
L'association jaune et cyan :
Les deux filtres, jaune et vert, laisse passer le vert ce qui donnera une image claire mais une 3D de moins bonne qualité car le relief ne sera pas aussi bien défini que pour l'association suivante:
L'association rouge et cyan surement la meilleur: 
En effet l'association de ces deux filtres permet de distinguer les trois couleurs primaires, malgré un léger assombrissement le relief et le rendu est en général très bon.
Pour expliquer plus précisément comment fonctionnent les couleurs complémentaires des lunettes, voici les courbes d'absorption du cyan et du rouge :
La courbe d'absorption Num°1 montre que la couleur absorbe à λ max=640nm C'est pourquoi elle émet la couleur opposée : le cyan (roue de couleurs).
La courbe d'absorption Num°2 montre que la couleur absorbe à λ max=520nm C'est pourquoi elle émet la couleur opposée : le rouge (roue de couleurs).
Si l'on superpose ces deux courbes on observe que presque toutes les longueurs d'ondes du visible sont absorbées, c'est pour cela que ces couleurs sont complémentaires car à elles deux elles créent du noir.
C'est cette complémentarité qui permet à une des images anaglyphes d’être visible dans un filtre mais pas dans l'autre.
Si les deux éléments d'image gauche et droite sont vus suffisamment proches, avec un décalage seulement horizontal, le cerveau les interprétera comme représentant le même objet. Cet objet sera vu plus ou moins loin devant ou derrière le plan sur lequel l'image est physiquement formée, selon la valeur et le sens du décalage, appelé parallaxe, entre les éléments gauche et droit.
Nous avons nous même crée des images 3D à l'aide d'un logiciel :
Voilà la création de l'image anaglyphe des lunettes:
II/ Vision binoculaire :
La vision binoculaire est un mode de vision dans lequel les deux yeux sont utilisés simultanément. Le fait d'avoir deux yeux nous donne plusieurs avantages par rapport au fait de n'avoir qu'un œil comme par exemple :
Garder la vue en cas de perte d'un œil
Donne un champ de vision plus large
Augmente la capacité de voir des objets faiblement lumineux
Le cerveau interprète les images venant des yeux. Lors d'une vision à l'infinie, les deux images sont très semblables. Lors de la vision d'un objet plus rapproché, les images obtenues par l’œil gauche et l’œil droit sont légèrement différentes car le point d'observation est différent, le cerveau interprète ses deux images et permet une perception tridimensionnelle (3D) de l'objet.
En vision binoculaire pour que le cerveau perçoive un objet tridimensionnel il faut qu'il dispose de deux images bidimensionnelles envoyées par chacun des yeux, puis qu'il fusionne ces images pour élaborer une perception unique de l'image observée.
Deux facteurs interviennent pour arriver à ce résultat :
-La convergence binoculaire (mouvement permettant aux yeux de pivoter vers un objet rapproché).
-La disparité binoculaire (décalage horizontal sur les deux images rétiniennes d’un même objet).
Il y a trois degrés de vision binoculaire :
-La perception simultanée, les deux yeux reçoivent en même temps une image centrale identique sur la macula (zone de la rétine caractérisée par une concentration maximale de cônes)
-La Fusion, les deux images identiques sont fusionnées pour ne faire qu'une seule image.
-La vision stéréoscopique, dans le cortex cérébral, les images sont fusionnées pour faire une image en trois dimensions.
I/ La perception d'une image :
L’œil est un organe dont la fonction est de recueillir les rayons lumineux et de les transformer en impulsions électriques , grâce à des photorécepteurs : les bâtonnets et les cônes (RVB) qui transforment les signaux éléctromagnétiques de la lumière en signaux bio-éléctriques qui seront ensuite interpretés en images par le cerveau. L’œil voit en 3 étapes : au départ chaque œil capte la lumière et crée une image avec un point de vue différent, ensuite les photorécepteurs envoient un message électrique au cerveau qui forme une image 3D de l'objet qui est devant lui.
La lumière traverse d'abord la cornée, puis le cristallin, pour aller s'imprimer sur la rétine, située au fond de l’œil : L'image que reçoit la rétine est alors à l'envers. La rétine est composée de 120 millions de bâtonnets et 8 millions de cônes. Une fois que l'image a atteint la rétine, le nerf optique envoie l'image au cerveau qui la remet à l'endroit.
Un œil normal au repos focalise, notamment grâce à la convergence du cristallin, l'image d'un objet à l'infini sur la rétine : l'objet est vu nettement.
http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/optiqueGeo/instruments/correction.html
Le point de l'axe optique le plus éloigné qu'un œil peut distinguer nettement est appelé punctum remotum : il est à l'infini pour un œil normal.
Si l'objet se rapproche de l’œil son image se forme en arrière de la rétine. Le cristallin, en se bombant sous l'action des muscles ciliaires, augmente alors sa vergence et ramène l'image sur la rétine : c'est l'accommodation.
