TPE 1ère S Sciences Physiques et Art : Comment voyons-nous en 3D?

Notre environnement se décompose en trois dimensions : X, Y (coordonnées d’un point dans un plan) et Z (la profondeur).

Notre cerveau analyse le relief alentour en combinant deux images planes fournies par nos yeux. Chaque œil perçoit une image légèrement différente, ce qui s’appelle la disparité.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de l’œil, nous pouvons faire une analogie avec le vérascope. L'objectif correspond à la pupille ; le diaphragme, au cristallin pour faire converger les rayons lumineux sur le fond de l’œil, la rétine, pouvant correspondre à la pellicule. Le fond de l’œil est composé de bâtonnets et de cônes. La vision périphérique de chaque œil est cependant délaissée en partie pour le point central de notre vision. Cette partie de l'image regardée sera plus nette, d'où le flou dans la périphérie de la vision. Ce point de vision est capté par une zone spécifique de la rétine : la fovéa. Cette dernière est peu irriguée et n'est constituée que de cônes. La précision de l'image est maximum et une partie de l'analyse des images dans l'encéphale (les cartes rétinotopiques) lui est dédiée. Comme le disait M. Marin dans son interview, le relief viendra avec une meilleure qualité de résolution de l'image ; peut-être ne faut-il plus forcément essayer d'accommoder l'image pour le relief ou la 3D mais l'œil et le cerveau à une nouvelle forme d'accommodation et d'analyse pour ces mêmes images.

Chaque œil est relié à un nerf optique qui se termine au niveau d’une structure en forme de X nommé le chiasma optique : croisement des fibres de chacun des deux nerfs.

Par la suite, l'information électrique est envoyée dans l'encéphale, plus précisément sur le lobe occipital (à l'arrière du crâne) où elle est analysée.

La vision binoculaire (vision des deux yeux) est assurée par le cerveau . Ce dernier crée alors une image définitive unique à partir des deux images reçues, ce qui permet la perception du relief et de la profondeur.

Chaque œil capte une image différente proche mais décalée, le cortex cérébral fait lui-même le mélange. Lorsqu’un seul œil est ouvert, il voit l’image environnante en 3D (x, y et z), mais le cerveau ne peut pas calculer la profondeur, le z.

Ceci parce que le cortex cérébral a besoin de voir en même temps la 3D vue par l’œil gauche et l’œil droit, avec l'écart inter-pupillaire. Chez l’humain l’écart inter-pupillaire (écart entre les deux yeux) est de 6.5 cm en moyenne.

Le cerveau fait alors le mélange de ces 2 images décalées par comparaison simultanée : superposée ou fréquencée ; et en crée le relief naturel qui nous permet d'évaluer les distances, de sentir les rondeurs des éléments de l'image vue. Nous appelons cela, la vision binoculaire (deux yeux avec du relief).

A la lumière de ce principe, il est facile d’adapter les caméras, les écrans, les TV et les cinémas pour reproduire une image stéréoscopique en 3D.

Il faut cependant faire attention à la confusion très souvent employée entre relief et 3 dimension.

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