Le Blog créatif de Subby-kun et Subbinette

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Par Subby kun Blog créé le 25/07/10 Mis à jour le 16/02/13 à 11h47

Il y a des gens qui disent que je suis fou lorsque je passe 15 minutes à contempler mes jeux tous les matins. Le jeu vidéo étant un art, qu'est ce qu'il y a de fou à contempler une oeuvre d'art?

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Rubrique du Docteur Sub

 

Avec la sortie des nouveaux périphériques tels que Kinect, le PS Move  ou encore l'annonce de la Nintendo 3DS, j'ai décidé d'ouvrir une petite rubrique de vulgarisation scientifique afin d'expliquer comment fonctionnent nos consoles préférées. Mon souhait est de rendre ces articles le plus simple possible et le plus accessible.

 

L'annonce phare de l'E3 2010 en juin dernier est sans hésitation la Nintendo 3DS et son écran auto-stéréoscopique (générant la 3D sans avoir besoin de lunettes). Cet article tentera donc vous expliquer comment ce miracle est possible, mais aussi quelles sont les différences avec les téléviseurs actuellement dans le commerce.

Qu'est ce que la 3D?

Pour commencer ce dossier, il est essentiel d'expliquer comment fonctionne notre vision. Lorsque nous regardons un objet disposé à une certaine distance de nous, nos deux yeux vont observer deux images sensiblement différentes. Cette différence s'explique par la distance d'environ 6,5cm qui sépare nos deux yeux. Le schéma 1 représente la différence de perception entre nos deux yeux. Bien sûr, celle-ci peut sembler minime, cependant il est important de noter que cette différence varie en fonction de la distance de l'objet. Plus l'objet sera proche de nous et plus la différence sera marquée.

 


Schéma 1 : Nos deux yeux ne perçoivent jamais la même image lorsque vous regardez un objet. Plus l'objet sera proche de nous et plus la différence entre les deux images sera importante. Voici un exemple de l'image perçu par l'oeil gauche et l'oeil droit d'un même objet.

 

Lorsque le cerveau reçoit les deux images perçues par nos yeux, il fait une fusion qui nous permet ainsi de voir en 3D. La vision en 3D provient uniquement du fait que notre oeil gauche et notre oeil droit ne perçoit pas la même image. La base de la technologie 3D en relief est fixée sur ce principe simple mais essentiel. L'objectif est de faire croire à chaque oeil que celui-ci perçoit une image différente par rapport à l'autre comme illustré sur le schéma 2. Toute la difficulté de cette technologie est de réussir la séparation totale des deux images pour chaque oeil. Si celle-ci est mal réglée, alors on apercevra une superposition des deux images qu'on appelle aussi image fantôme.  

 

Schéma 2 : Si on parvient à faire croire à nos yeux qu'ils perçoivent une image différente, alors le cerveau fusionnera ces deux images pour donner l'effet 3D. Toutes les technologies 3D sont basées sur ce principe.


Retour historique: Le Virtual Boy et les anaglyphes

Nous allons revenir très rapidement sur deux anciennes technologies 3D : le Virtual Boy et les anaglyphes. Le Virtual Boy emploie une technologie très simple. En se plaçant devant l'appareil, nos deux yeux étaient séparés l'un de l'autre et chacun était disposé devant un écran. Chaque écran envoyait une image sensiblement différente pour l'oeil gauche et l'oeil droit, le cerveau faisait ensuite la fusion des deux images pour obtenir l'effet 3D. Ce système est très efficace mais présente un désavantage certain : il faut rester le nez collé à cette immense paire de jumelles. Cela manque clairement de confort de jeu.

Le Virtual Boy était en avance sur son temps. Le succès aurait été surement différent si les écrans en diiodes rouges avaient été remplacés par des écrans couleurs. Cependant, les écrans LCD couleurs de l'époque ne proposaient pas un rendu suffisamment propre pour satisfaire les exigences de Nintendo.


Pour les anaglyphes, ce système était très connu dans la jeunesse de certaines personnes. Parfois encore utilisé aujourd'hui pour sa facilité de mise en oeuvre et son coût te fabricatiion  faible, l'anaglyphe désigne l'image bleu (ou parfois vert) et rouge qui permettait de voir une image en 3D de bien pauvre qualité lorsque l'on utilisait les fameuses lunettes de mêmes couleurs. Qui n'a pas regardé pendant son enfance ces images de dinosaure, animaux ou de paysage en simili 3D dans divers magazines. Ce n'était pas très beau mais on y croyait, et c'était bien là le principal.

 

Séquence émotion. Le souvenir de ces lunettes en carton au design avant-gardiste et les images d'animaux ou de paysages que l'on trouvait un peu partout restera graver à jamais dans nos mémoires.

 

Pour créer un anaglyphe, rien de plus simple. Vous prenez deux images légèrement différentes d'un même sujet, vous transformez l'une en image bleue, l'autre en image rouge puis vous fusionnez les deux en une seule et même image. Une fois réalisée, vous revêtez vos lunettes bleues et rouges et la magie opère.

En effet, chaque verre de couleur va filtrer une des deux images. Avec votre verre rouge, l'image rouge sera arrêtée et votre oeil ne percevra que l'image bleue, et inversement pour l'autre verre. Ainsi, chaque oeil perçoit une image différente (sans apercevoir l'autre) permettant au cerveau de les fusionner par la suite. Malheureusement, l'utilisation des deux couleurs rouge et bleu altère considérablement la qualité des images offrant un effet 3D de piètre qualité.

 

Deux projecteurs superposent les images rouges et bleu sur un écran. Ensuite, il suffit juste de regarder l'écran revêtu de nos superbes lunettes. Heureusement qu'Avatar n'a pas été diffusé en bleu et rouge.


A partir de ce point, deux conditions primordiales s'imposent pour obtenir une 3D de qualité:

- ne pas altérer la qualité des deux images

- le système doit séparer correctement les deux images pour chaque oeil (afin d'éviter les images fantômes).

Ces systèmes sont appelés stéréoscopiques et nécessitent l'utilisation d'une paire de lunettes. Cette technologie est  actuellement  développée au cinéma ou dans les télévisions 3D que l'on trouve dans le commerce depuis quelques mois.


3D stéréoscopique: Deux technologies pour deux approches opposées

Deux technologies s'opposent pour la 3D stéréoscopique: la technologie « active » et « passive ».

Nous allons commencer par expliquer la technologie « passive » : celle-ci s'appuie sur la polarisation de la lumière. Afin de pouvoir être réalisable, elle nécessite deux projecteurs couplés à deux filtres polarisés, un écran métallisé et une paire de lunettes polarisées. Je ne souhaite pas rentrer dans les détails de la polarisation de la lumière qui risque d'être barbant. Cependant il est possible d'orienter le « code » (en réalité l'onde) émis par une image lumineuse. Les deux projecteurs envoient leurs images traversant les filtres polarisants. Les deux images sont ainsi « coder » avec une orientation horizontale pour l'une, verticale pour l'autre. L'écran métallique conserve ce code et vous renvoie les deux images orientées en même temps. Vos lunettes possèdent aussi ces filtres polarisants et ne vont laisser passer que l'image possédant le même « code » que le filtre. De nouveau, nous avons réussi à envoyer une image différente à chaque oeil, le cerveau fusionne et la magie opère encore une fois. Cette technologie est utilisée dans les cinémas équipés RealD où l'on achète la paire de lunettes à 1€. Malheureusement, les filtres polarisants ternissent l'image, n'offrant pas un confort optimale lors du visionnage de film 3D.


Exemple de la technologie polarisante utilisée dans les cinémas 3D équipés RealD comme les cinémas Gaumont ou Pathé.


La technologie à lunettes polarisantes est finalement très proches des anaglyphes.


La technologie « active » est utilisée dans les téléviseurs 3D commerciaux. Contrairement à la technologie « passive » où les deux images sont superposées à l'écran, la technologie « active » émet alternativement chaque image (les deux images ne sont jamais superposées). Celles-ci sont diffusées à une fréquence minimale de 120Hz pour deux images (équivalent à 60Hz par image). Chaque image est émise tellement rapidement que vous avez l'impression de voir les deux images superposées lorsque vous contemplez l'écran. Or, chaque image est bel et bien émise séparément. Comment arrive-t-on à séparer les deux images avec cette technologie ? Grâce évidemment !! aux lunettes LCD actives vendues séparément pour la modique somme de...

Les lunettes actives vont devenir opaques pour un oeil lorsqu'une image est émise (voir la photographie), quelques millisecondes plus tard, l'autre image est émise et les lunettes vont cacher l'autre oeil. Ainsi les lunettes varient à la même fréquence que les images. Votre oeil gauche ne verra donc qu'un seul type d'image et inversement pour le droit. Encore une fois, la vitesse est tellement rapide que nous n'avons pas le temps de nous rendre compte que les lunettes nous ont caché la vision d'un oeil. Cette technologie est très efficace lorsque la fréquence est élevée. Les deux images ne sont pas altérées et la technologie offre une vision confortable. La technologie a mis du temps pour devenir viable car les écrans LCD n'offraient pas une fréquence de rafraichissement de l'image suffisante pour une vision confortable. Depuis de gros progrès ont été réalisés et les écrans LCD/LED peuvent proposer cette technologie.


La 3D auto-stéréoscopique: deux technologies pour deux approches différentes (bis)

Bon c'est bien toutes ces petites explications, mais revenons au cas qui nous intéresse ici : la Nintendo 3DS. Nous savons maintenant qu'il est nécessaire d'avoir deux images différentes envoyées dans chaque oeil. Et là, vous devez vous demander comment cela peut être possible sans l'utilisation de lunettes. Et bien, il existe deux technologies permettant d'obtenir un tel résultat: l'auto-stéréoscopique à barrière parallaxe et l'auto-stéréoscopique à verre lenticulaire.

L'idée est simple, au lieu d'envoyer les deux images à chaque oeil et ensuite filtrer soit par la polarisation, soit par l'obturation de la vision d'un oeil, ici chaque image est envoyée directement dans un oeil sans que l'autre ne s'en aperçoive. Pour pouvoir réaliser cette prouesse technique, c'est l'écran qui va faire tout le travail.

Bien que non confirmé officiellement, la technologie de la Nintendo 3DS est certainement une barrière parallaxe (technologie des écrans Sharp). Cette technologie semble efficace sur les écrans de petites tailles (comme la 3DS ou un appareil photo). Je vais donc vous expliquer le rôle primordial joué par la barrière dans cet écran.

Nous avons toujours nos deux images : oeil gauche et oeil droit. Ces deux images vont être découpées en parties égales et entrelacées comme illustré sur le schéma 3. On obtient ainsi une nouvelle image un peu bizarre certes je vous l'accorde, contenant l'information des deux images d'origine. Comment l'oeil va-t-il réussir à ne voir qu'une seule des deux images. Tout simplement en cachant l'autre image par une barrière de traits opaques parallèle. D'où le nom de « barrière parallaxe ». Le schéma 4 illustre cette barrière qui permet de filtrer l'image envoyée dans chaque oeil. Si vous tracez un trait de l'image bleu vers l'oeil gauche, vous remarquerez que celui-ci est forcement arrêté par la barrière (pointillés bleus). Et inversement avec l'image rouge. Chaque oeil va percevoir une seule image provoquant de nouveau l'effet 3D.

Schéma 3 : La technologie auto-stéréoscopique consiste à créer des images contenant « plusieurs images en une seule ». Le cas simple de 2 images est illustré ci-dessus mais les futures télévisions 3D auto-stéréoscopique pourront contenir jusqu'à 9 images entrelacées pour améliorer la vision 3D. Epoustouflant non ?

 

Schéma 4 : Lorsque le joueur est placé à la bonne distance de l'écran, une seule et unique image lui sera envoyée directement dans chaque oeil.


Cette méthode de barrière parallaxe est actuellement inefficace pour les grands écrans comme une télévision. Afin de palier à ce problème, une autre méthode a été mise au point pour voir des images 3D sans lunettes. Elle utilise la technique de verre lenticulaire. L'objectif final est strictement le même que celui de la barrière parallaxe. Chaque image sera projetée directement dans les deux yeux de l'utilisateur. Cette fois-ci, un réseau de minuscule lentille, placé devant les pixels, va dévier la lumière de chaque image pour que la séparation s'opère.

 

Cette technologie est l'une des plus efficace actuellement pour voir en 3D sans lunettes et les téléviseurs sont déjà opérationnels. Il suffit juste d'attendre 2-3 ans le temps d'écouler les téléviseurs à lunettes actives LCD/LED à 100€ la paire avant de les voir arriver sur le marché. Avec l'arrivée du LCD, puis du LED, puis de la télé 3D avec lunettes et enfin la télé 3D sans lunettes, les fans de technologie ne vont pas arrêter de passer à la caisse.

Conclusion :

Pour conclure cette première rubrique du Docteur Sub, nous allons revenir sur le cas de la Nintendo 3DS et les avantages/inconvénients de la 3D auto-stéréoscopique à barrière parallaxe. L'avantage le plus flagrant est bien sûr l'absence totale de lunettes. Le confort de jeu est inégalable. La 3D est très efficace et lorsque nous sommes bien placés face à l'écran, aucune image fantôme n'apparait. De plus, la résolution est l'image 3D est splendide. A contrario, son plus gros défaut provient justement de l'absence de lunettes. Les lunettes permettent de filtrer les deux images où que vous soyez. Cependant un écran auto-stéréoscopique fait la séparation des deux images pour vous en imaginant que vous êtes exactement en face de l'écran. Si vous vous décalez légèrement sur la gauche ou la droite, alors vous sortez de la zone « optimale » de séparation et vous voyez de nouveau les deux images par vos yeux, l'effet 3D ne fonctionne plus. C'est pour cela qu'il sera impossible de profiter de l'effet 3D en regardant jouer un partenaire. Seul le joueur plaçait bien en face, ni trop en avant, ni trop en arrière, profitera du relief. Adieu les professeurs Layton avec sa copine au coin du feu, il faudra alors se contenter de jouer en 2D. Le dernier défaut apporté par la technique de barrière parallaxe concerne la luminosité de l'écran. La barrière stoppe une partie de la lumière et les écrans sont obligés d'augmenter le rétro-éclairage pour compenser cette perte de lumière. Espérons  sincèrement que cela n'affectera pas trop l'autonomie de la console pour le moment inconnu.

Vous retrouvez cet article ainsi que de nombreux autres dans le numéro spécial de lancement de N.A.G Webzine spécial E3 dont le lien se trouve ci-dessous:

http://issuu.com/ctso/docs/nagwebzine1

Merci à tous et à très bientôt pour le deuxième numéro de cet rubrique qui traitera certainement de la technologie Kinect (si j'arrive à fouiner les infos qui m'intéressent).


 

 

 

 

 

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Commentaires

Subby kun
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Subby kun
Merci pour tout Rezus,
Il y a beaucoup d'évolution actuellement avec les téléviseurs et surtout très rapidement depuis ces 5 dernières années. L'évolution du LCD en LED fut une étape importante afin d'obtenir les écrans extra-fins et surtout réduire fortement leur consommation électrique. Je pense faire un article dessus afin d'expliquer le principe dans quelque temps. On verra comment cela évoluera et tu as tout à fait raison sur le fait que les projections sur verre sont aussi une alternative intéressante. Le grand problème du stéréoscopique ou auto-stéréoscopique provient du fait que plus de 10% de la population y est insensible.
T'inquiète pas pour le Move, un article est aussi prévu. Il faut que je réussisse à trouver les informations suffisamment pertinentes afin d'écrire l'article. Pour la 3DS, la tache était assez "simple". Pour Kinect ou le PS Move, cela est un peu plus difficile mais ça viendra bientôt :).
rezus
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rezus
Ouai il n'y a pas à dire, très bon article...
Par contre cela ne me rassure toujours pas quant à l'avenir des téléviseurs 3D sans lunettes!
Je pense que l'avenir de la 3D ne se situra pas dans les écrans mais plus dans les systèmes de projections sur verres tels ceux que l'on à pu voir lors de concerts... (Gorrillas par exemple)

ps: J'attend impatiemment ton prochain article même s'il e traite pas du Move de Sony... lol ;-)
Subby kun
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Subby kun
Merci Guillaume pour ton commentaire,
Je vais répondre à ta question car il est vrai que je n'aborde pas le thème dans l'article.
Pour les télévisions 3D, ne t'inquiète pas tout est déjà prévu pour plusieurs utilisateurs. L'astuce est très simple. Au lieu d'avoir 2 images entrelacées, Philips (notamment) a prévu d'imposer comme format un entrelacement de 9 images en tout. Cela signifie que si tu es en face de l'écran, tu reçois les deux images qui correspondent à ta position. Si quelqu'un est plus à droite que toi, alors il recevra deux autres images différentes et ainsi de suite dans chaque position dans l'espace. Ainsi cela permet pour l'utilisateur de se déplacer devant son écran et de voir "l'ensemble" de l'image 3D dans les 4 directions: haut, bas, gauche ,droite.
Par contre les coups de développement pour la réalisation de film "full 3D" est démultiplié car il faudra autant de prise de vue pour avoir les 9 images entrelacées. Ce n'est donc pas encore pour tout de suite.
Si tu as d'autres questions, n'hésite pas
Docteur Sub
Swing Swing Submarine
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Swing Swing Submarine
Très sympa l'article!

Petite interrogation : si j'ai bien compris, on a les mêmes inconvénients que l'écran de la 3DS pour les écrans de TV auto-stéréoscopique (à réseau de lentilles). Du coup comment une techno comme celle-ci pourra être viable si on ne peut pas regarder la TV 3D de manière optimale et à plusieurs sans avoir a placer nos têtes les unes sous les autres (pour les les rayons lumineux nous parviennes correctement ?

J'imagine bien une TV intelligente qui fasse du tracking d'oeil et qui ait une fréquence de rafraichissement N fois plus importante qu'une TV 3D actuelle (N pour le nombre de personnes max). Du coup la TV enverrait N paire d'images auto-stéréoscopique dans N directions.

Guillaume

Édito

Sur ce blog, je souhaite débattre de jeux vidéo mais aussi de divers domaines comme le cinéma, la BD, les jeux de société, l'Art graphique... Autant de sujets qui me passionnent et dont je souhaite partager ma passion avec vous. N'hésitez pas à laisser vos remarques et commentaires.

 

 

 

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