par mutantape » 15 Juil 2020 22:49
Je revisite un peu le sujet pour récapituler les idées. Si je le démarrais aujourd'hui, je pense que je mettrais plutôt le titre suivant:
"Non le cinéma ne crée pas "l'illusion" du mouvement.
En cette fin du 19ème siècle, les pionniers du cinéma (Louis Le Prince, Thomas Edison, les frères Lumière,...) avaient, en vérité, mieux travaillé qu'ils ne le croyaient...
Ils pensaient n'avoir obtenu au mieux qu'une approximation du mouvement et devoir à la constitution providentielle du cerveau humain la sensation de mouvement continu réaliste qui en ressortait malgré tout.
Il était en effet évident que, une fois la scène réduite à une suite de photos fixes couchées le long de la pellicule, tout le mouvement réél avait été perdu, et que sa réapparition ultérieure ne pouvait être que le fruit d'une illusion.
D'autres pionniers , vers le milieu du 20ème siècle, en développant la théorie de l'échantillonnage, apportèrent une preuve mathématique qu'il n'en était rien. Les images fixes peuvent en effet être considérées comme une suite d'échantillons "instantanés" pris sur la courbe du mouvement continu. Le théorème de Nyquist-Shannon démontre alors l'affirmation contre-intuitive suivante:
pourvu que cet échantillonnage soit suffisamment rapide,
- aucune information n'est perdue en ne conservant que les échantillons
- il est possible de reconstituer exactement la courbe continue complète à partir de ces seuls échantillons
Il n'y a donc pas d'approximation, et il est possible de capturer toute l'information du mouvement avec cette méthode des photos successives, et de la restituer par la suite, sans avoir besoin de faire appel à une quelconque illusion.
La condition d'application de la théorie est un échantillonnage à une fréquence strictement supérieure au double de la fréquence maximale contenue dans le signal.
A 24 i/s, on ne pourra donc restituer correctement que les mouvements ne comportant que des fréquences inférieures à 12 Hz. Cela au moins est intuitif, il est logique qu'une cadence d'image donnée limite la rapidité de mouvement maximale que l'on puisse capturer.
La séquence d'images fixes est ainsi bien différente du mouvement d'origine, comme un signal échantillonné diffère du signal continu initial, mais le point important est qu'elle en contient toute l'information. Pour la reconvertir et retrouver le mouvement, la méthode pratique idéale consiste en trois étapes:
- précompenser l'atténuation en sinus cardinal des hautes fréquences introduite à l'étape suivante
- appliquer un bloqueur d'ordre zéro
- appliquer un filtre passe-bas
La première étape serait possible en numérique, mais pas en argentique, il faut donc accepter la distorsion qui en résulte. A noter qu'une distorsion est une déformation mais pas une perte d'information, elle est en théorie réversible.
La deuxième étape est réalisée par le projecteur, qui maintient chaque image pendant un peu moins d'un 24 ème de seconde, avant de passer à la suivante, avec un petit coup de pouce de la persistance rétinienne pour masquer le déplacement de la pellicule entre deux images, pendant lequel l'obturateur produit un écran noir.
Enfin, le filtre passe-bas final est constitué par la lenteur du système visuel humain, qui ne peut suivre des changements trop rapides.
On peut s'interroger sur le lien entre cette lenteur et la persistance classique. Un filtre passe-bas va empêcher un signal d'évoluer trop rapidement, provoquant ainsi un certain trainage, on pourrait considérer qu'il s'agit d'une forme de persistance. D'où ma tentation de changer le titre.
Mais le point important est que l'on ne recrée pas le mouvement par cet effet, on se contente de remettre en forme une information qui a toujours été là.
En toute rigueur, les images sur la pellicule ne sont même pas le signal échantillonné, elle constituent un stockage latent, au même titre que le CD stocke juste une suite de valeurs numériques. Pour recréer le signal échantillonné, il faudrait afficher chaque image, illuminée par un bref éclair, à la cadence de prise de vue. Pour repasser de là au signal continu, il faut ensuite étendre l'éclairage à tout l'intervalle d'échantillonnage, et enfin filtrer. Bien entendu, comme souvent dans les systèmes pratiques, plusieurs étapes en théorie différentes peuvent être réalisés en une seule fois dans un dispositif physique, ici le projecteur.
Même si l'étape finale demande une participation du système visuel, la reconstitution du mouvement est déjà bien avancée à l'écran, on a déjà un signal continu, bien qu'en marches d'escaliers. Sur un plan fréquentiel, on voit que le spectre complet du mouvement d'origine est là, bien qu'un peu atténué dans ses hautes fréquences, et que les répliques multiples de ce spectre dues à l'échantillonnage sont déjà bien atténuées par la courbe de réponse en sinus cardinal du bloqueur / projecteur.
Et donc à la question : pourquoi le spectateur voit-il un mouvement, la réponse est tout simplement : parce qu'il est là!
On peut préciser à quoi correspond physiquement la "courbe continue du mouvement":
une image peut être considérée comme un ensemble de points, dont la définition dépend de la technologie (pixel sur les capteurs discrets, zone suffisamment grande pour moyenner l'effet du grain en argentique...). Une photo fixe pourra être entièrement décrite en donnant la luminosité de chacun de ses points (trois valeurs de luminosité par point pour la couleur).
S'il y a du mouvement dans l'image, la luminosité de chaque point va se mettre à varier en fonction des objets qui passent "dessous". Si je représente un axe des temps perpendiculaire à l'image attaché à chacun des points, je peux tirer de chacun d'eux une courbe qui sinue autour de cet axe. La donnée de toutes ces courbes attachées à tous ces points permet de décrire complètement les mouvements dans l'image, aussi complexes soient-ils. Si j'arrive à enregistrer et reproduire toutes ces courbes, je reproduirai la stimulation qu'aurait reçue le système visuel en contemplant l'image continuellement animée de départ, et il y réagira de la même façon quelle que soit sa constitution interne.
En prenant une image de cinéma, je prend un échantillon en parallèle et simultanément sur l'ensemble de ces courbes, et en continuant ainsi à 24 i/s je vais enregistrer une suite d'échantillons à partir desquels je pourrait ensuite reproduire les courbes d'origine.
On voit dans cette approche que les fréquences produites dans les courbes de luminosité individuelles en fonction du temps par les mouvements vont dépendre à la fois de la vitesse et de la texture de surface des objets tandis qu'ils défilent sous un point. C'est là-dessus que la limite de 12 Hz s'applique. Si elle est dépassée, seuls les points en contact avec ces objets souffriront d'une reproduction imparfaite, la corruption restera locale et ne s'étendra pas à l'ensemble de l'image. Par exemple, Une arête vive en mouvement représenterait théoriquement des fréquences infinies qui ne pourraient jamais être reproduites exactement. Néanmoins les limites de l'objectif (diffraction, aberrations,...) feront en sorte d'adoucir les contours d'une telle arête dans l'image formée sur le capteur.
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