TPE
Illusions d'optique
Le traitement du cerveau:
vers la vision augmentée
De nos jours est apparue une tendance à l’informatisation et à la miniaturisation des dispositifs électroniques, qui s’est peu à peu ancrée dans notre quotidien. En effet, il y a par exemple eu une grande évolution depuis le tout premier ordinateur de la célèbre marque américaine que l'on peut voir ci-contre, Apple II, qui date de 1977. Depuis, de grands efforts sont déployés pour miniaturiser les dispositifs, mais aussi augmenter leurs fonctionnalités.
Appelée informatique pervasive, cette tendance a notamment permis l’arrivée de la réalité augmentée, définie par les chercheurs et enseignants Mallem Malik et David Roussel dans le journal des Techniques de l'ingénieur de 2008 comme :
« un concept rendu possible par un système capable de faire coexister spatialement et temporellement un monde virtuel avec l'environnement réel. Cette coexistence a pour objectif l'enrichissement de la perception de l'utilisateur de son environnement réel par des augmentations visuelles, sonores ou haptiques. » (haptique désignant ce qui concerne la science du toucher)
Malgré ce que l’on pourrait penser, la stéréoscopie, qui permet de reproduire le relief à l’aide de deux images en deux dimensions, est une technique assez ancienne. Le géomètre Euclide en avait déjà définit le principe au 3ème siècle avant JC, et Léonard de Vinci avait par la suite renforcé la théorie de disparité binoculaire. Au XVI° siècle, Giovanni Battista Della Porta et Jacopo Chimenti ont réalisés des séries d’œuvres qui présentaient un même sujet sous des angles différents. C’est à partir de 1832 que le premier stéréoscope sera mis au jour, par l’anglais Charles Wheatstone. Grâce à deux miroirs que l'on peut voir ci-dessous, on pouvait observer des dessins placés aux deux extrémités de l’appareil.
A partir de là , les techniques ce sont améliorées, de même que les procédés de photographie : les photographes réalisèrent des couples stéréoscopiques pour reconstituer tout un tas d’objets et de paysages en relief. Aujourd’hui, la stéréoscopie est revenue en force, dans le cinéma notamment. Les images diffusées peuvent nécessiter le port de lunettes spécifiques pour que le cerveau les reconstitue, c’est ce que l’on appelle couramment la 3D. Pour cela, il faut filmer une scène à l’aide de deux caméras parallèles et écartées d’environ 6,5 cm, soit l’écart entre nos deux pupilles. Notre cerveau assemble ensuite ces deux images, dont chacune est perçue par un œil. On retrouve ici le principe de la disparité binoculaire abordé précédemment. En général, les lunettes utilisent la technologie polarisée ou à obturateurs. Pour la première, les ondes de lumières sont transmises verticalement et horizontalement, ou sur des ondes circulaires émises dans des sens contraires. Les lunettes possèdent alors des filtres qui ne laissent passer qu’un seul des deux types d’ondes envoyées. Ce cas est représenté sur le schéma gauche qui suit, il s'agit de la 3D dite passive. Les lunettes à obturateur possèdent quant à elles des verres à cristaux liquides qui bloquent alternativement et très rapidement l’arrive de lumière sur un œil. Les images destinées à l’œil gauche et à l’œil droit sont alors projetées sur l’écran de manière synchronisée avec les lunettes. On peut en observer un cas sur le second schéma : c'est la 3D active.
Mais aujourd’hui, de nouveaux types de lunettes apparaissent. Les cinemizers ZEISS sont, par exemple, des lunettes qui simulent un écran de cinéma à deux mètres de l’utilisateur, et ce grâce à de petits écrans LED. Les montures possèdent également des hauts parleurs pour diffuser directement le son pendant la projection. On peut en voir un modèle sur l'image ci-contre.
Mais plutôt que de laisser le cerveau reconstituer le relief en lui donnant à voir deux images sous des angles différents, on peut directement créer cet effet de profondeur. Les images tridimensionnelles sont en effet des représentations d’objets en perspective, créés dans un repère orthonormé de géométrie dans l’espace contenant trois axes : x, y et z. On appelle le plus souvent ces images des images 3D, pour trois dimensions. Initiées par de grands studios cinématographiques comme Pixar, qui produit ses films à l’aide d’images de synthèse, elles sont notamment très utilisées en art numérique, mouvement que nous aborderons un peu plus tard. Dans les films d’animation, la 3D est dite pré-calculée. D’une grande qualité, elle peut être qualifiée de photoréaliste pour ses nombreux détails, qui recréent un décor vraisemblable et le plus proche possible de la réalité. Beaucoup
de jeux vidéos ce sont également mis à utiliser les images tridimensionnelles pour rendre leurs décors et leurs scènes plus réalistes. Mais certains ont une contrainte de plus que les créateurs de films : le temps. En effet, ils veulent pour la plupart une animation qui se déroule en temps réel, et cherchent pour cela à optimiser les calculs d’affichage. L’utilisateur peut alors interagir en direct et apporter des modifications à l’animation Ce type d’animation intervient également pour des visualisations architecturales, médicales, des simulations, …
Désormais, il est même possible de superposer en temps réel une animation en 2 ou 3 dimensions à la perception que nous avons de la réalité. Les systèmes informatiques qui le rendent possible créent alors ce que l’on appelle réalité augmentée, car contrairement à la réalité virtuelle où l’utilisateur est plongé dans un monde créé de toutes pièces, ici la réalité est enrichie avec de nouvelles images et informations. Très utilisée dans le milieu des jeux vidéo mais aussi dans le cinéma et le médical, la réalité augmentée peut avoir plusieurs types de supports. Les téléphones ou les autres appareils équipés d’écrans peuvent bien évidemment être utilisés. Pour des usages plus poussés, l’utilisateur peut notamment avoir
recours à un casque ou un cube immersif. L'image ci-dessous donne un aperçu de ce dernier. Dans ce cas comme dans celui d'un casque, on est alors plus dans une situation de réalité virtuelle puisque l’utilisateur est immergé dans un monde virtuel. De nombreuses sociétés cherchent à trouver des solutions moins lourdes et plus faciles à mettre en œuvre, comme des lunettes équipées de caméras. Certaines sont même allées jusqu’à créer des lentilles de contact qui, grâce à des nanotechnologies, c’est-à -dire à des pièces de l’ordre du nanomètre (10-9 m), peuvent afficher des images qui se superposeront avec le monde réel directement devant les yeux de l’utilisateur. On peut en voir un prototype sur l'image ci-contre.
Pour créer la réalité augmentée, on commence par placer dans une scène réelle des marqueurs, pour calculer leurs coordonnées dans un repère x, y, z par rapport à 3 marqueurs déjà connus. Ensuite, il s’agit de combiner le marqueur et sa géolocalisation. Certaines applications permettent en effet de guider un usager en ajoutant des informations sur la scène réelle filmée, comme c’est le cas de MetroParis. Des programmes spécialisés s’occupent enfin de la reconnaissance des formes, des lieux ou des visages. A ce stade, on peut parler de vision augmentée lorsque l’on se déplace dans un environnement réel sans y avoir au préalable placer des marqueurs. En effet, le traitement de ces logiciels rejoint le traitement réalisé automatiquement par notre cerveau lorsqu’il s’agit de reconnaitre les objets et les formes qui nous sont connus. Pour créer la réalité augmentée, les chercheurs se sont en effet basés sur le fonctionnement de notre cerveau pour tenter de le reproduire. Ce niveau d’avancement en technologie peut nous amener à nous demander quelle est la frontière entre l’environnement réel et virtuel. Appelée réalité mixte, cette frontière est en effet difficile à déterminée. On parlera alors de réalité augmentée pour les systèmes augmentant le monde réel par des informations virtuelles, et de virtualité augmentée pour les environnements virtuels empreints d’un tel réalisme qu’ils se rapprochent de la réalité.
