Une dimension supplémentaire

Double écran et stéréo passive

Un miroir semi-transparent (50% de réflexion et 50% de transmission) est au coeur de ce montage. La photographie de gauche en révèle la structure, tandis que celle de droite présente le dispositif équipé de ses deux écrans LCD.
Moniteur3D

La photographie ci-dessous présente le dispositif en fonctionnement. Les 2 images (l’une affichée par l’écran du fond et l’autre obtenue par réflexion sur le miroir) apparaissent avec une intensité équivalente.

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De très simples lunettes en carton à filtres à polarisation linéaire permettent d’affecter à chaque oeil l’image qui lui est destinée et de bénéficier ainsi d’une perception stéréoscopique.

Les photographies qui suivent présentent le filtrage opéré par les lunettes. On remarque que sur l’image de gauche, seule apparaît l’image provenant du moniteur du fond. Alors que sur l’image de droite, la statuette est visible sur l’écran supérieur et, par réflexion, sur le miroir. Dans les 2 cas, le filtrage des lunettes a totalement occulté l’autre vue.

Moniteur3D3

Le couple stéréoscopique qui suit est une réduction de l’image JPS qui est affichée par le moniteur stéréoscopique. Du fait d’un montage adapté, la statuette semble léviter au centre de la boite.

Moniteur3D4

 

Traitements graphiques d’un couple stéréoscopique

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Cette page présente de manière détaillée les différentes étapes qui ont permis d’obtenir le couple stéréoscopique présenté ci-dessus. Un certain nombre de filtres proposés par Gimp (http://www.gimp.org) ont été appliqués sur tout ou parties des images. Du texte a également été intégré en mettant en oeuvre diverses techniques.

 

Paris-dg
Le couple stéréoscopique original (L’Hôtel de ville de Paris)

 

  • Des effets différenciés ont d’abord été appliqués sur le décor et la statue en définissant des zones de sélection.

Paris-selection

Le filtrage effectué sur la statue est une sorte de « solarisation » :
Filtre > Flou gaussien sélectif
Calque > Couleurs > Courbe

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Ce réglage donne au métal un aspect lustré, proche de l’inox. Les paramètres de la courbe auront été sauvegardés pour retrouver les mêmes réglages pour les deux images.

Pour passer maintenant à la zone extérieure à la statue, il suffit de sélectionner dans le menu : Sélection > Inverser
On appliquera au décor un traitement très différents:
Filtre > Flou gaussien sélectif
Calque > Couleurs > Auto > Extensions de couleurs …

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  • L’étape suivante a consisté en l’ajout d’un bandeau de texte vertical dans la partie gauche de l’image. L’effet de transparence bleutée des lettres est obtenu par une inversion du fond.

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  • Intégration des halos lumineux : Afin de donner une certaine épaisseur à cet effet, 2 modèles d’éblouissements ont été superposés en décalant leurs centres d’une image à l’autre.

Filtres > Effets de lumière > Effet d’éblouissement
Filtres > Effets de lumière > Eblouissement graduel (Classic)

Paris-dgs2be

  • Pour le texte « Une dimension supplémentaire », il a été fait appel au logiciel Inkscape (http://www.inkscape.org), un autre outil libre de dessin, mais vectoriel, cette fois, et qui autorise ainsi diverses transformations telles que le suivi de chemins pour les textes, les rotations, etc… Inkscape permet le travail sur calques et l’export d’images au format bitmap tout en conservant les couches alpha. C’est, de plus, un outil très puissant pour convertir des images bitmap en images vectorielles au format SVG (Scalable Vector Graphics).

Lancer Inkscape
Calque > Ajouter un calque > En-dessous du calque courant
Fichier > importer pour charger en fond d’écran l’image créée avec Gimp
Sur la couche de travail, tracer un cercle puis saisir séparément le texte.
Sélectionner simultanément ces 2 éléments grâce à la touche Shift, puis sélectionner dans le menu : Texte > Mettre suivant un chemin. Cette fonction va « enrouler » le texte autour du cercle.

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L’onglet « Rotation » de la fonction : Objet > Transformer …. permettra de préciser une valeur d’angle afin d’amener le texte à la position désirée (une valeur négative fera tourner le texte dans le sens des aiguilles d’une montre). On pourra toujours modifier la taille du texte, la police employée,… grâce au bouton : « Voir et sélectionner une police,…« , et modifier la couleur des éléments en sélectionnant un autre bouton du menu : » Editer le style des objets,…« . La 4ème valeur des couleurs après les valeurs RVB est le canal alpha (255=visible, 0=totalement transparent).
Après avoir préparé notre texte, on pourra supprimer le calque supportant l’image chargée en fond depuis la fenêtre des calques : Calque > Calques …. On pourra ensuite revenir au menu général d’Inkscape pour enregistrer l’image : Exporter en bitmap .
Depuis Gimp, il nous restera alors qu’à charger cette nouvelle image, Fichier > Ouvrir comme un calque dans chacune des images de notre couple. Après avoir positionné le calque sur une première image, on reproduira l’opération sur la deuxième en décalant latéralement son implantation afin d’ajuster la position du texte dans la profondeur de l’image (on pourra s’aider de règles horizontales pour caler correctement le texte entre les 2 images).

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Automatic Photo Pop-up

Nous ne devons pas exclusivement à notre vision binoculaire, la perception de la troisième dimension. Un certain nombre d’éléments présents dans une photographie nous permettent d’appréhender la profondeur de la scène qui a été capturée. La taille relative des éléments, l’occlusion de certains d’entre eux par d’autres, les éclairages et les effets de perspective, le gradient des textures, etc… sont autant de sources d’informations que nous sommes en mesure d’interpréter. Les images animées peuvent apporter des informations supplémentaires qui enrichiront notre perception.
Mais si le cerveau humain est capable de « comprendre » la profondeur d’une scène par une simple observation de sa projection sur une surface plane, un « déchiffrement » artificiel de cette même image ne pourrait-il pas également en être capable, et permettre une reconstruction tri-dimensionnelle de cette scène de manière totalement automatique ? Des travaux, portant sur cette problématique, ont amené des chercheurs à développer des algorithmes que certaines applications, disponibles par internet, permettent d’expérimenter.

Automatic photo pop-up ( http://www.cs.uiuc.edu/homes/dhoiem/projects/popup/index.html ) est une application que nous devons à Derek Hoiem (Carnegie Mellon University). Le nom « photopopup » fait allusion aux livres en relief pour enfants. Et ce programme de conversion est en effet tout particulièrement adapté aux scènes caractérisées par la présence d’un plan horizontal supportant des éléments en élévation. Des exécutables sont proposés au téléchargement en deux versions : l’une pour Linux et l’autre pour Windows.
La photographie qui suit, capturée à Venise, nous a semblé toute indiquée pour tenter cette conversion.

 

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Photo pop-up s’éxécute sur une image qui aura été préalablement segmentée. Pour ce traitement, l’auteur exploite l’implémentation en C++ de l’algorithme décrit par Pedro F. Felzenszwalb et Daniel P. Huttenlocher dans le document « Efficient Graph-Based Image Segmentation » (http://cs.brown.edu/~pff/papers/seg-ijcv.pdf). L’image suivante présente notre photographie après un traitement de ce type.

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L’exécutable photopopup, lancé en lignes de commande, va ensuite interpréter l’image segmentée et créer un fichier wrl qui aura pour texture l’image originale. Le couple stéréoscopique croisé qui figure ci-dessous a été obtenu par deux captures de la scène wrl, visionnée à l’aide du browser XJ3D.

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Les images suivantes sont extraites de captures d’écran. Elles présentent différentes vues de la scène sous la forme d’anaglyphes qui sont directement produits par BS Contact VRML/X3D ( Configuration > Stereo > Red/Blue ).

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Comme on peut le constater, la conversion 2D/3D de notre photographie à l’aide d’Automatic photo pop-up donne d’excellents résultats! Il me semble utile de rappeler qu’elle a été effectuée sans aucune assistance.

Le stéréoscope de Wheatstone revisité

Le stéréoscope de Wheatstone était équipé de 2 miroirs orientés à 90°, qui étaient destinés à renvoyer le regard vers des images disposées de chaque côté du dispositif. L’observateur était placé au plus près de la jonction des miroirs, chaque oeil percevant ainsi l’image du couple stéréoscopique qui lui était destinée.

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Dans notre adaptation du stéréoscope de Wheatstone, 2 écrans remplacent avantageusement les chevalets qui supportaient autrefois les couples stéréoscopiques dessinés ou imprimés. Les miroirs utilisés sont des miroirs optiques (miroirs dont le tain est placé sur la face avant du verre).

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Couple croisé présentant le dispositif.

 

Troisième conversion 2D/3D

Dans certaines conditions, des cartes de profondeur peuvent être produites par de simples traitements graphiques appliqués directement sur les images à convertir. Le travail de conversion en est alors considérablement simplifié ! Cette technique est capable de produire des images en relief d’une très grande finesse comme on pourra le constater.
Cette page présente des conversions d’images fractales produites par Apophysis, un générateur (sous licence GPL) spécialisé dans les Systèmes de Fonctions Itérées (les IFS). Des exécutables Windows sont téléchargeables à l’adresse suivante : http://sourceforge.net/projects/apophysis/.
Les images générées par le logiciel sont rarement prévisibles et encore moins les effets stéréoscopiques obtenus avec elles. Mais c’est un vrai plaisir que de lancer des tracés, jouer avec les différents scripts et variations et s’émerveiller devant certains résultats.

L’image ci-dessous présente Apophysis en action avec chargement du script pbKaleidoscope_Batch.asc

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Le principe est de produire une conversion 2D/3D à partir de 2 versions différentes d’une même fractale. La première capture est une production « naturelle » d’Apophysis. La deuxième image, destinée a être utilisée comme carte de profondeur, est une conversion en noir et blanc de l’image originale. Quelques ajustements peuvent être opérés sur les paramètres des images des cartes pour améliorer l’effet de relief. On pourra jouer par exemple sur les valeurs Gamma et Brightess (View > Adjust > Rendering).
Les 2 images qui suivent, présentent côte à côte l’image sur laquelle sera appliqué le relief et la carte de profondeur qui lui est associée. Cette deuxième image a été convertie en noir et blanc par Gimp : Couleurs > Desaturer … puis Image > Mode > niveaux de gris.

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La technique de conversion utilisée ici est la même que celle des pages précédentes : Gimp : Filtres > Carte > Déplacer selon une carte …. Le résultat du filtage est présenté ci-dessous.

Conv3-Imag2

 

Les images suivantes présentent, sous la forme d’un couple croisé ainsi que d’un anaglyphe, des montages stéréoscopiques produits avec l’image originale et l’image filtrée.

Conv3-Croise1

Conv3-Anaglyphe1

Les puristes émettront probablement quelques objections sur la méthode employée jusqu’à présent. En particulier sur le fait que l’image à convertir soit, elle-même, l’une des 2 images du couple stéréoscopique. La conséquence en est un léger décentrement du point de vue, plus visible sur ce type d’image que sur les précédentes. En théorie, ce sont bien 2 images nouvelles et non une seule qui devraient être produites à partir de l’image de référence, cette dernière présentant une vue que l’on pourrait qualifier de « cyclopéenne » de la scène. La réalisation d’images plus « conformes » ne pose guère plus de difficultés avec cette technique, si ce n’est qu’elle exige du travail supplémentaire ! ;(… Pour ce faire, un déplacement « négatif » et un déplacement « positif » doivent être produits avec l’outil de filtrage de Gimp. Ce double traitement a été mis en oeuvre pour l’exemple suivant. La première image est l’image originale produite par Apophysis.

Conv3-Fract2

Conv3-Croise2b

Conv3-Anaglyphe2

Le stéréoscope

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Company of ladies watching stereoscopic photographs by Jacob Spoel (1820-1868)
Source : Wikimedia Commons

« …Il est vrai que si la photographie n’avait pas existé, le merveilleux instrument inventé par M. Weatstone n’eut jamais eu le prodigieux succès que l’auteur ne soupçonnait guère et qui ne fait que s’accroître tous les jours. […]
Lorsque M. Weatstone inventa le stéréoscope, il ne cherchait qu’à produire un instrument de cabinet de physique et tout au plus un jouet instructif pour les enfants. On dessinait géométriquement des corps solides sous les différents angles voulus et on plaçait dans le stéréoscope ces images mathématiques. Quant on voulut produire l’illusion au moyen de reproductions plus artistiques, l’exactitude du dessin ne fut jamais assez grande pour atteindre l’effet cherché ; l’application du daguerréotype à la production des images stéréoscopiques devait seule amener la plus charmante et la plus complète illusion.
Que de difficultés de pratiques et de détail il y eut à vaincre pour arriver à ce résultat : […]
Quant au mauvais goût, à la médiocrité, à la vulgarité qu’on reproche à la plupart des reproductions stéréoscopiques, nous passons volontiers condamnation sur ces points ; […] a-t-on condamné le pinceau et le burin parce qu’ils se sont prêtés à des fantaisies plus que légères et à des productions coupables ? […]

Il y a dans une épreuve stéréoscopique, comme dans un tableau, tout l’art que le peintre et le photographe ont su y mettre, et les prestiges de l’illusion ne sont qu’un des moyens employés par l’artiste pour arriver à un effet plus saisissant et plus profond. Toutes les fois du reste qu’un procédé enrichit le domaine de l’art, de nombreux détracteurs arrivent pour le combattre ;[…] Peut-être trouverons-nous, avec le goût public, dans ce stéréoscope tant accusé, un des meilleurs instruments que l’art réel, l’art vrai, qui aime la création et cherche le sentiment du vrai et du beau dans les choses qu’il reproduit, ait jamais eu à sa disposition. […]
Cette exagération, que produit le stéréoscope, nous fait voir le relief là où nos yeux dans la perspective naturelle ne le distingueraient pas. C’est cette imperfection relative qui contribue le plus à l’effet si saisissant des images stéréoscopiques, qui les fait surtout accuser de sécheresse, de trompe-l’oeil, de faux réalisme, par ceux qui, réagissant contre la première impression produite, n’ont analysé les détails que pour arriver à la critique, sans chercher au delà, et ont attribué à l’art et à l’instrument ce qui n’était dû qu’à l’habileté de l’artiste. […]
Mais si, à une connaissance approfondie de l’instrument qu’il manie et des ressources de son art, le photographe joint le sentiment artiste, s’il sait voir et sentir la nature quand il se trouve en face d’elle, il mesurera, à l’aide des diaphragmes, les rayons lumineux de telle sorte qu’il composera lui-même dans la chambre noire l’image d’après ce qu’il voit et d’après ce qu’il sent, donnant la netteté et l’importance aux points qu’il faut, et étendant sur l’image la vapeur lumineuse comme le soleil la tamise sur les lointains qu’il dispute aux brumes.
Malheureusement, tout le monde ne sait pas voir ; […]

Et nous le disons hardiment, le stéréoscope, lui surtout, nous donne cette sensation, vraie, profonde, saisissante.
Illusion ! nous criera-t-on, soit ; c’est de l’illusion, le triomphe de l’illusion ; mais que l’on n’en médise pas, car l’illusion, c’est l’art, rien que l’art, tout l’art ; ses ailes puissantes font planer l’homme dans les hauteurs sublimes de l’idéal ;… »

Extraits de l’ouvrage : La Photographie considérée comme Art et comme industrie – Histoire de sa découverte, ses progrès, ses applications, son avenir par MM. Mayer & Pierson – Librairie L. Hachette et Cie – 1862

  • Les stéréoscopes à miroirs
    En 1838, Sir Charles Wheatstone présentait à l’Association britannique pour l’avancement des sciences, son mémoire sur la physiologie de la vision. Un instrument de sa conception, appuyait ses théories. Ce dispositif qui intégrait deux miroirs, en renvoyant latéralement la vision de chaque oeil vers des dessins dissemblables (des doublets stéréoscopiques) produisait une sensation de relief. Le premier stéréoscope, dit stéréoscope à réflexion, était né.wheatstone
  • Les stéréoscopes à prismes
    Quelques années plus tard (en 1849), un autre physicien anglais, Sir David Brewster à qui l’ont devait déjà l’invention du Kaleïdoscope, proposait une adaptation du stéréoscope de Wheatstone. Son innovation, qui consistait à remplacer les miroirs par des prismes, permettait de visionner des couples d’images disposés sur un même support. Ce nouveau type de stéréoscope, dit stéréoscope à réfraction, est à l’origine de multiples variantes qui commencèrent à se répandre en Angleterre et en France à partir de 1852.
    L’image qui suit, présente deux lentilles prismatiques en verre. Ce sont de telles lentilles qui équiperont les stéréoscopes dits de Brewster et de Holmes.
    LentillesPrismatiquesLes stéréoscopes de Brewster permettaient généralement de visionner à la fois des couples de positifs sur verre par transparence (grâce à un verre dépoli placé à l’arrière de l’appareil), ainsi que des cartes stéréoscopiques imprimées. L’illumination de ces dernières était assurée par un miroir orientable, placé sur le dessus de l’appareil.
    StereoscopeBrewster
    Le stéréoscope de Holmes, plus simple dans sa conception, était, quant à lui, tout spécifiquement adapté aux cartes stéréoscopiques.
    StereoscopeHolmes
  • Les stéréoscopes à oculaires
    Une troisième catégorie de stéréoscopes, plus adaptée aux formats réduits (transparents ou imprimés), va apparaitre. Le principe de ces stéréoscopes, qui intégraient des lentilles grossissantes, est encore aujourd’hui exploité (avec une qualité parfois inégale des optiques !).StereoscopesLentillesStereoscopeEducaLes photographies ci-dessus présentent différents modèles personnels de stéréoscopes à oculaires, adaptés à des couples stéréoscopiques (sur plaque de verre ou imprimés sur cartes), de différentes dimensions.