La Trois Dimensions Comment fonctionne la trois dimensions et
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ARICKX Lucie MARÉCAUX Amandine MONTAL Barbara 1ère S La Trois Dimensions Comment fonctionne la trois dimensions et comment peut-on créer une image avec ce procédé ? Matières : physique/chimie et SVT Type de production : Dossier 1 Sommaire Page 3 : Introduction I. Comment voit-on en trois dimensions ? 1. La vision Pages 4 et 5 : Mise en évidence de la vision en trois dimensions Page 6 : La vision d'une image en trois dimensions sans lunettes 2. La vision en trois dimensions avec des lunettes spéciales Pages 7, 8 et 9 : L'anaglyphe Pages 10 et 11 : La projection polarisée Pages 12, 13 et 14 : La projection alternée II- Comment former une image en trois dimensions ? Pages 15, 16, 17 et 18 : 1. Protocole à suivre Page 19 : 2. Expérience Pages 20, 21 et 22 : 3. Observations Page 23 : Conclusion 2 Introduction ( www.yourdictionary.com/3d ) La trois dimensions est définie comme un système ou un effet utilisé dans un film, une image ou un objet. Elle fournit trois dimensions : largeur, hauteur et profondeur. C'est en 1893, que le brevet de la stéréoscopie a été créé. Ce brevet consiste à donner du relief aux premières photographies avec les anaglyphes (lunettes bicolores permettant de voir en trois dimensions) qui datent du milieu du XIXème siècle. On utilise la 3D depuis la création du premier film « L'arrivée du train » des frères Lumière en 1895. A partir de 1986, la trois dimensions réapparaît sur le marché dans les lieux publics comme le Futuroscope et dans les grands spectacles avec la mise au point du procédé IMAX. La numérisation de la trois dimensions est une révolution ! De plus, de nos jours, elle devient possible partout, pour tous et ouvre de nouveaux horizons à la création avec l'équipement de grandes salles cinématographiques et des télévisions. Comment fonctionne la vision en trois dimensions et comment peut-on créer une image avec ce procédé ? Après avoir expliqué comment fonctionne la vision, nous verrons les procédés permettant de voir en trois dimensions. Ensuite, nous étudierons comment créer une image en trois dimensions sans matériel spécifique. 3 I. Comment voit-on en trois dimensions ? 1. La vision a. Mise en évidence de la vision en trois dimensions ( http://www.espace-sciences.org/archives/pourquoi-voit-on-en-relief ) Lorsque l'on regarde un objet, notre œil droit et notre œil gauche voient la même image mais en décalé de quelques centimètres (environ 6,5 cm). Le cerveau superpose les deux images vues par chaque œil. Ces deux images permettent la vision en relief du monde, en trois dimensions. « Une petite expérience permet de mettre en évidence cette vision binoculaire : fermez l'œil droit et pointez le doigt vers un objet fixe situé de l'autre côté de la pièce. Sans bouger le doigt, ouvrez l'œil droit et fermez l'œil gauche : vous verrez que votre doigt ne désigne plus la même chose. » Schématisation de l'expérience ( http://www.essilor.fr/defaut-vision/effet-optique/fonctionnement-oeil.htm?id=151 ) 4 Lorsque nous voyons une image, la lumière de cette image arrive par la cornée. Celle-ci doit être toujours parfaitement propre et transparente. Les clignements des paupières et la sécrétion lacrymale sont là pour maintenir la cornée toujours propre. C'est ensuite le cristallin qui reçoit cette image. Son rôle est d'ajuster parfaitement la vision afin que l'image soit bien nette, en se déformant grâce aux corps ciliaires. Ce phénomène s'appelle l'accommodation. Après, la rétine transmet l'image au nerf optique. Celle-ci est transmise au cerveau grâce aux cônes et aux bâtonnets ainsi qu'aux neurones. Schéma de l’œil http://www.afblum.be/bioafb/oeil/oeil.htm 5 b. La vision d'une image en trois dimensions sans lunettes Cependant lorsque l'on regarde une image en trois dimensions, de type anaglyphe, sans les lunettes adaptées, l'œil voit deux images superposées. http://www.taringa.net/p osts/imagenes/10996506 /Espectacularesimagenes-3D---SuperMegapost---on-line.html Ici, l’œil ne peut pas superposer les deux images sans lunettes bicolores. 6 2. La vision en trois dimensions avec des lunettes spéciales ( http://fr.wikipedia.org/wiki/Projection_en_relief_st%C3%A9r %C3%A9oscopique#Projection_altern.C3.A9e ) Pour créer une vidéo en trois dimensions, on filme une même scène avec deux caméras placées à un écart identique à celui des yeux (environ 6,5 cm). Pour que chaque œil voit l'image qui lui correspond (la caméra gauche, l'œil gauche et la caméra droite l'œil droit) on utilise plusieurs procédés. a. L'anaglyphe (http://www.donbosco-tournai.be/expo-db/www/CDEXPO/LumEclat_fichiers/Anaglyphes.pdf ) Un anaglyphe est une image constituée de deux photographies superposées et légèrement décalées. La photographie gauche est rouge et la droite cyan. 7 Les glyphes ou lunettes bicolores permettent de masquer pour chaque œil l'image qu'il ne doit pas voir. Le filtre cyan des lunettes permettra donc de voir les radiations qui comportent du vert et du bleu comme le jaune, le cyan, blanc. Cependant on ne pourra pas voir sa couleur complémentaire : le rouge. Avec le filtre rouge on ne pourra voir que les radiations rouges. Grâce à ce procédé de deux couleurs, notre cerveau analysera l’image et la verra en relief. Pour la projection d'anaglyphes, on utilise un projecteur normal, un écran blanc et des lunettes bicolores. L'inconvénient de ce procédé est la mauvaise restitution de certaines couleurs. En revanche, il est simple à réaliser. ( http://www.mesexercices.com/recherche_information/couleurs-les_1_37531.htm ) Lorsque l'on regarde ce cercle chromatique avec des lunettes bicolores rouge et cyan, les couleurs mal restituées sont le rouge, le magenta, et le jaune. Le rouge est mal restitué car le filtre cyan est composé de bleu et de vert, or ces couleurs ne laissent pas passer les radiations rouges ne traversent pas le filtre. On le voit donc noir. Le magenta est composé de bleu et de rouge, les couleurs se décomposent et, à cause du filtre cyan, on ne peut pas voir la radiation rouge composant le magenta. On voit donc cette couleur bleue. On voit le jaune vert car la radiation rouge de cette couleur n'est pas transmise à l’œil à cause du filtre cyan. 8 Avec les lunettes bicolores bleu et jaune, les couleurs bleu, magenta et cyan sont mal restituées car leurs radiations bleu n'est pas transmise par le filtre jaune qui ne comporte pas de radiation bleu. On a donc le bleu qui se voit noir, le magenta qui se voit rouge et le cyan vert. Pour finir, avec les lunettes bicolores magenta et vert, le vert, le jaune et le cyan sont les couleurs mal restituées car le filtre magenta ne transmet pas les radiations vertes. Donc la couleur verte se voit noire, le jaune se voit rouge et le cyan se voit bleu. Lunettes bicolores http://www.stereomax.fr/lunettes-3d-anaglyphes-plastique.html L'anaglyphe http://www.memoireonline.com/04/08/1033/stereoscopie-art-de-la-vision-en-relief.html 9 b. La projection polarisée ( http://www.commentcamarche.net/contents/1572-histoire-de-la-3d ) La projection polarisée utilise des filtres polarisants. L'un laissant passer les ondes verticales et l'autre les ondes horizontales. Principe des filtres polarisants (http://eduscol.education.fr/rnchimie/phys/baillet/06/tp_pola.pdf) La polarisation de la lumière est le fait d'ordonner les ondes lumineuses qui se propagent naturellement dans n'importe quel sens. Les lunettes utilisées pour ce procédé sont appelées lunettes polarisantes ou passives. Ce dispositif est désormais utilisé dans les cinémas car il permet d'avoir une image nette. 10 La projection polarisée 11 c. La projection alternée ( http://www.commentcamarche.net/contents/1572-histoire-de-la-3d ) La projection alternée se fait grâce à un projecteur, un écran blanc et des lunettes alternantes à cristaux liquides. Ce procédé a de nombreux inconvénients tels qu'une location des lunettes à chaque séance qui entraîne un risque de vols. De plus, les lunettes sont très coûteuses pour le cinéma (une centaine d'euros par paire). Mais le plus grand inconvénient reste le poids inconfortable des lunettes pour le spectateur. La projection alternée se fait grâce à des lunettes actives, c'est-àdire à obturation composées de cristaux liquides qui cachent un côté puis l'autre à toute vitesse pour ainsi former la trois dimensions. Ces lunettes sont synchronisées au film par un signal infrarouge. 48 images décalées sont projetées par seconde, au lieu de 24 dans les autres procédés. La fréquence des images est tellement rapide que l'œil n'en voit qu'une seule. Celle-ci correspond à la superposition de toutes les images. Principe des cristaux liquides http://blog.cobrason.com/2011/05/la-3d-dans-tous-ses-etatsprecisions-sur-les-technologies-actives-et-passives-partie-i/ 12 ( http://www.spirit-science.fr/Matiere/cristauxliquides.html ) Les cristaux liquides permettent de polariser la lumière, c'est à dire de «la mettre dans le bon sens». On peut regrouper les cristaux liquides dans trois classes de phases : les smectiques (a), les nématiques (b) et les nématiques hélicoïdal (c). http://wiki.scienceamusante.net/index.php? title=Fichier:Classes_cristaux_liquides.gif Les différentes classes des cristaux liquides Les smectiques sont constitués de molécules cylindriques formant des couches parallèles. Les nématiques sont quant à eux constitués de molécules orientées dans le même sens sans répartition en couche. Les nématiques hélicoïdal se rattachent aux cristaux liquides nématiques. Ce procédé est principalement utilisé pour les téléviseurs 3D mais on le trouve aussi dans certains cinémas avec les marques Expand, Volfoni et Eyes Triple Shut 3D qui équipent leurs salles. La projection alternée peut aussi se faire avec un projecteur à disques polarisants, un écran métallisé spécial et des lunettes polarisantes. C'est un mélange entre la projection alternée et la projection polarisée. Les lunettes polarisantes et un disque en rotation situé devant le projecteur restituent le relief. C'est le système le plus utilisé au cinéma avec les marques Real D et MasterImage 3D. 13 http://www.manice.org/outils-de-projection3d/solution-3d-xpand.html Lunettes actives avec cristaux liquides visibles http://scaraba.net/creanum/revue-des-medias/scienceet-techniques/331-le-fonctionnement-de-la-3d La projection alternée 14 II- Comment former une image en trois dimensions ? (http://www.photo-stereo.com/anaglyphes-photographie-relief.html) (http://www.youtube.com/watch?v=g78oNWUwaIY) Matériel : – appareil photo – lunettes bicolores – ordinateur (avec logiciel gimp) ( http://www.skritz.com/creer-des-photos-en-3d-avec-the-gimp ) (avec gimp) 1. Protocole à suivre Étape 1 : Tout d'abord, il faut prendre deux photographies espacées de 6,5 centimètres sur une ligne horizontale. Étape 2 : Mettre les photographies sur l'ordinateur et ouvrir le logiciel Gimp. Ensuite, ouvrir en tant que calque les deux photographies. 15 Étape 3 : Pour l'image de l'œil droit : aller dans Couleurs, sélectionner Courbes. Étape 4 : Puis cliquez sur la flèche à droite de Valeur, sélectionner Rouge et prendre le point situé en bas à gauche du quadrillage et le faire glisser en haut à droite du quadrillage afin d'obtenir une image teintée rouge. Appuyer sur Valider. 16 Étape 5 : Ensuite, ouvrir Fenêtres et cliquer sur Groupes de fenêtres récemment fermés et sélectionner Calque Canaux Chemins, Annuler pour ouvrir la fenêtre. Étape 6 : Après avoir ouvert la fenêtre, cliquer Arrière plan pour sélectionner la deuxième image. 17 Étape 7 : Il faut la mettre en Cyan, pour cela ouvrir une nouvelle fois Couleurs, puis Courbes, puis Valeur, sélectionner bleu, et monter le point jusqu'en haut. Faire de même pour le vert, sur le même quadrillage. Appuyer sur Valider. Étape 8 : Enfin, il faut « mettre en commun » les deux images, pour cela cliquer sur Multiplier 18 2. Expérience Pour prendre nos photographies, nous avons pris, selon les informations trouvées, un écart de 6,5 cm. 6,5 cm On s'est posé la question : pourquoi ne créerions nous pas des images en trois dimensions avec d'autres filtres de couleurs complémentaires ? Comme le bleu et jeune, ou le vert et le magenta, à associer avec des lunettes adaptées. Après avoir pris deux photographies ci-dessus, écartées de 6,5 cm, et nous avons appliqué le protocole avec un filtre rouge et cyan, bleu et jaune et vert et magenta. 19 3. Observations Image avec filtres cyan et rouge Après avoir suivi le protocole avec les filtres cyan et rouge, on observe une image en trois dimensions. Cependant, les couleurs rouge et jaune ont été mal restituées comme il a été expliqué dans la partie traitant de l'anaglyphe. 20 Image avec filtres jaune et bleu On a constaté qu'après avoir fait le protocole avec des filtres bleu et jaune (couleurs complémentaires), on pouvait voir une image en 3D grâce à des lunettes adaptés (anaglyphes jaune et bleue). Cependant, le bleu a été mal restitué. 21 Image avec filtres magenta et vert L'image créée à partir des filtres magenta et vert est en trois dimensions, si l'on utilise des lunettes adaptées : magenta et vert. Cependant, le jaune est mal restitué. 22 La conclusion : Cette étude nous montre le fonctionnement de la trois dimensions. Ainsi, l'image ou le film en trois dimensions nous permet de voir des scènes réalistes, c'est-à-dire avec de la largeur, de la hauteur et de la profondeur dans cette image, comme le voient nos yeux. Pour regarder cette image, il existe différents procédés. L'anaglyphe superpose deux images avec des filtres de différentes couleurs (en général cyan et rouge). Une fois l'image créée, on la regarde avec des lunettes bicolores, ou glyphes, adaptées. Le procédé de la polarisation consiste à projeter deux images dont l'une est vue par l'œil droit et l'autre par l'œil gauche. Il utilise la polarisation de la lumière. La projection alternée projette quarante-huit images par secondes. Grâce à des lunettes spéciales les yeux les voient de façon alternée rapidement. Dans quelques années, on trouvera certainement de nouveaux procédés qui permettront de visionner des images ou des films en 3D sans lunettes spécifiques. On trouve par exemple un chercheur qui travaille sur des capteurs qui permettent de synchroniser le clignement des yeux avec les images projetées. Nous avons choisi ce sujet car nous voulions savoir comment se formait une image en trois dimensions. De plus nous aimons toutes les trois faire des photographies et le cinéma. 23
