Anamorphose catoptrique à l aide d un miroir sphérique concave d une image dessinée sur un cylindre

Documents pareils
COMPTE-RENDU «MATHS EN JEANS» LYCEE OZENNE Groupe 1 : Comment faire une carte juste de la Terre?

Fonctions de plusieurs variables

Angles orientés et fonctions circulaires ( En première S )

OLYMPIADES ACADEMIQUES DE MATHEMATIQUES. 15 mars 2006 CLASSE DE PREMIERE ES, GMF

Mesure d angles et trigonométrie

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Problèmes sur le chapitre 5

AC AB. A B C x 1. x + 1. d où. Avec un calcul vu au lycée, on démontre que cette solution admet deux solutions dont une seule nous intéresse : x =

enquête pour les fautes sur le fond, ce qui est graves pour une encyclopédie.

Synthèse d'images I. Venceslas BIRI IGM Université de Marne La

Comment sélectionner des sommets, des arêtes et des faces avec Blender?

Exemple d application en CFD : Coefficient de traînée d un cylindre

COURS AUTOCAD. Création et utilisation des blocs. b leclerc. ERP Jean Moulin METZ

Repérage d un point - Vitesse et

Comment démontrer que deux droites sont perpendiculaires?

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Cours Fonctions de deux variables

RÉALISATION DE GRAPHIQUES AVEC OPENOFFICE.ORG 2.3

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

Priorités de calcul :

Tâche complexe produite par l académie de Clermont-Ferrand. Mai 2012 LE TIR A L ARC. (d après une idée du collège des Portes du Midi de Maurs)

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Optimisation, traitement d image et éclipse de Soleil

Correction : E = Soit E = -1,6. F = 12 Soit F = y = 11. et G = -2z + 4y G = 2 6 = 3 G = G =

Chapitre 1 Cinématique du point matériel

Chapitre 0 Introduction à la cinématique

Fonctions linéaires et affines. 1 Fonctions linéaires. 1.1 Vocabulaire. 1.2 Représentation graphique. 3eme

Cours IV Mise en orbite

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Michel Henry Nicolas Delorme

EXERCICE 2 : SUIVI CINETIQUE D UNE TRANSFORMATION PAR SPECTROPHOTOMETRIE (6 points)

6 ème. Rallye mathématique de la Sarthe 2013/ ère épreuve de qualification : Problèmes Jeudi 21 novembre 2013

Découverte du logiciel ordinateur TI-n spire / TI-n spire CAS

Examen d informatique première session 2004

La perspective conique

DIFFRACTion des ondes

Nom : Groupe : Date : 1. Quels sont les deux types de dessins les plus utilisés en technologie?

PARTIE NUMERIQUE (18 points)

Tutoriel première utilisation ICEM-CFD. Couche limite et modification du maillage en 2D

Ni tout noir, ni tout blanc Consignes Thème I - Observer

Les calques : techniques avancées

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Unité 2 Leçon 2 Les permutations et les combinaisons

Catalogue de location

possibilités et limites des logiciels existants

Résolution d équations non linéaires

Représentation géométrique d un nombre complexe

Continuité et dérivabilité d une fonction

ARCANE DE LA MONTAGNE DOMAINE DE SAINT SER. Exposition du 26 mai au 31 décembre Horaires : tous les jours 10h00 à 18h00

Site Professionnel Opticiens :

Initiation à linfographie

Les bases de l optique

Manuel d utilisation 26 juin Tâche à effectuer : écrire un algorithme 2

Les Conditions aux limites

Méthode du commentaire de document en Histoire

Plus petit, plus grand, ranger et comparer

PROBLEME(12) Première partie : Peinture des murs et du plafond.

Exercices Corrigés Premières notions sur les espaces vectoriels

Le seul ami de Batman

OLYMPIADES ACADÉMIQUES DE MATHÉMATIQUES

LPP SAINT JOSEPH BELFORT MODE OPERATOIRE ACTIVINSPIRE. Bonne utilisation à toutes et tous! UTILISATION DES TBI LE LOGICIEL ACTIVINSPIRE

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Opérations de base sur ImageJ

Je découvre le diagramme de Venn

Utiliser le logiciel Photofiltre Sommaire

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Aide - mémoire gnuplot 4.0

EXERCICES DE REVISIONS MATHEMATIQUES CM2

EXAMEN : CAP ADAL SESSION 2011 N du sujet : SPECIALITE : CEB - GEPER SUJET SECTEUR : FOLIO : 1/6 EPREUVE : EG2 (MATH-SCIENCES)

G.P. DNS02 Septembre Réfraction...1 I.Préliminaires...1 II.Première partie...1 III.Deuxième partie...3. Réfraction

point On obtient ainsi le ou les points d inter- entre deux objets».

Jean-Philippe Préaux

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Cours de Mécanique du point matériel

Reconstruction de bâtiments en 3D à partir de nuages de points LIDAR

Contents. 1 Introduction Objectifs des systèmes bonus-malus Système bonus-malus à classes Système bonus-malus : Principes

[LES portes de hall DECAYEUX ]

La NP-complétude. Johanne Cohen. PRISM/CNRS, Versailles, France.

Probabilités. Rappel : trois exemples. Exemple 2 : On dispose d un dé truqué. On sait que : p(1) = p(2) =1/6 ; p(3) = 1/3 p(4) = p(5) =1/12

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Mathématiques et petites voitures

EPFL TP n 3 Essai oedomètrique. Moncef Radi Sehaqui Hamza - Nguyen Ha-Phong - Ilias Nafaï Weil Florian

GMEC1311 Dessin d ingénierie. Chapitre 1: Introduction

Meine Flüssigkeit ist gefärbt*, comme disaient August Beer ( ) et Johann Heinrich Lambert ( )

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Rapport d activité. Mathieu Souchaud Juin 2007

LES LOIS PHYSIQUES APPLIQUÉES AUX DEUX-ROUES : 1. LA FORCE DE GUIDAGE

3) Demandeur: FIVES-CAIL BABCOCK, Société anonyme 7 rue Montallvet F Parts Cedex 08 (FR)

«Aucune investigation humaine ne peut être qualifiée de science véritable si elle ne peut être démontrée mathématiquement.

Quelqu un de précieux

Les algorithmes de base du graphisme

Objectifs pédagogiques : spectrophotomètre Décrire les procédures d entretien d un spectrophotomètre Savoir changer l ampoule d un

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

CHAPITRE IX : Les appareils de mesures électriques

modélisation solide et dessin technique

Lecture graphique. Table des matières

Comparer des surfaces suivant leur aire en utilisant leurs propriétés géométriques Découverte et manipulation

INSTRUCTIONS DE MONTAGE CIVIK ZINK

LES ESCALIERS. Les mots de l escalier

Transcription:

Anamorphose catoptrique à l aide d un miroir sphérique concave d une image dessinée sur un cylindre Francesco De Comité Laboratoire d Informatique Fondamentale de Lille Université des Sciences et Technologies Lille (France) Francesco.De-Comite@univ-lille1.fr 19 avril 2010 Résumé On définit le principe des anamorphoses à l aide de miroirs sphériques concaves placés au fond d un cylindre. L analyse mathématique du problème conduit à des équations permettant de calculer les images transformées. On peut alors écrire l algorithme qui transforme cette image, l imprimer, la coller sur un cylindre et obtenir finalement une version réelle du dispositif. N ayant pas trouvé ou construit (pour l instant) de miroirs sphériques concaves, on se contente de réalisations en image de synthèse. Introduction L anamorphose catoptrique est l art de peindre un dessin apparemment sans signification, qui, lorsqu il sera vu par l intermédiaire d un miroir, révèlera son véritable sens. Depuis le début de la Renaissance, peintres, artistes et scientifiques se sont penchés sur le problème, et les anamorphoses dans des miroirs coniques ou cylindriques sont connus depuis cette époque. Dans ces anamorphoses, le dessin caché est souvent, si ce n est pas toujours, inscrit sur un plan. L analyse mathématique de ces configurations est connue depuis longtemps[2]. On propose ici un autre dispositif : le miroir se trouve au fond d un cylindre, le dessin caché est inscrit sur les parois de ce même cylindre. Le dessin se révèle donc au spectateur lorsque celui-ci regarde au fond du cylindre, à la verticale. Différentes formes de miroirs ont été testées et étudiées (sphérique, conique, sphérique concave, paraboloïdal, paraboloïdal concave), soit analytiquement, soit en utilisant des outils informatiques, et font ou feront l objet d autres publications. 1

On se propose ici d étudier analytiquement le cas du miroir sphérique concave, et de mener les calculs qui permettent, à partir d une image donnée, de calculer et d imprimer son image transformée, pour ensuite la placer sur un cylindre, et l observer à travers le miroir. Des simulations numériques, à défaut de pouvoir disposer d un tel miroir, valideront le raisonnement et les calculs. Le dispositif FIG. 1 Une vue générale du dispositif : le dessin transformé est imprimé sur le cylindre semi transparent. L image rétablie ne se révèle que lorsqu on se place à la verticale du verre (image de synthèse obtenue avec Povray). On considère un cylindre vertical creux de rayon l et de hauteur h, au fond duquel se trouve un miroir sphérique concave, de rayon R (figures 1 et 2). Pour comprendre comment fonctionne l anamorphose, on peut imaginer qu on intercale le dessin qu on veut pouvoir observer dans le miroir entre l œil du spectacteur et le miroir, de telle façon que ce dessin recouvre le miroir le plus exactement possible. Il suffit alors de faire passer un rayon lumineux par chaque point du dessin, et d observer où se situe sa réflection sur le cylindre (quand elle existe). A chacune de ces observations cor- 2

respondra un point du cylindre, et l union de tous ces points nous donnera l image transformée (figure 2). Le cylindre étant une surface développable, il sera alors possible d imprimer ce dessin transformé sur un rectangle que l on pourra enrouler, afin d observer l anamorphose au fond du cylindre. Actuellement, nous ne disposons pas de miroir sphérique concave, mais des simulations numériques, à l aide d un logiciel de lancer de rayons[1], nous permettent de vérifier et valider la démarche. Soit un dessin circulaire placé entre l œil de l observateur et le miroir (figure 2). Chaque point de ce dessin peut être muni de coordonnées polaires (u, θ), 0 u l, 0 θ 2Π FIG. 2 Le parcours du rayon lumineux, depuis sa traversée de l image, jusqu à son arrivée sur la paroi du cylindre, après réflection sur le miroir. Par rapport au système de coordonnées de la figure 3, la portion de cercle correspondant à la coupe du miroir sphérique a pour équation : x 2 + y 2 = R 2 (1) Plus précisément, puisqu on n observe que la partie basse de ce cercle coupée par le cylindre, on a le système : 3

FIG. 3 Le parcours du rayon lumineux, depuis sa traversée de l image, jusqu à son arrivée sur la paroi du cylindre, après réflection sur le miroir, dans le plan du rayon et du rayon réfléchi. y = R 2 x 2 (2) x l (3) Le rayon lumineux, situé à une distance u de l axe vertical, rencontre le miroir au point : Q(u, R 2 u 2 ) Ce rayon fait un angle α avec la normale au miroir en ce point : sin(α) = u (4) R u tan(α) = (5) R 2 u 2 Le rayon réfléchi issu de Q rencontre le cylindre au point P, d ordonnée y. Les rayons incident et réfléchi font entre eux un angle de 2α On connaît la longueur d un côté adjacent et du côté opposé à cet angle (le triangle PQV, où V est l intersection du rayon incident avec la droite horizontale passant par P). Donc : tan(2α) = l + u y + R 2 u 2 (6) 4

FIG. 4 Simulation du rendu de l anamorphose (image réalisée avec Povray) : le résultat parfait ne s obtient que pour un observateur situé à l infini.(valeur des paramètres : l = 3 et R = 8). En utilisant les égalités trigonométriques : On obtient finalement : tan(2α) = 2tan(α) 1 tan 2 (α) y = (l + u) R2 2u 2 2u R 2 u 2 R 2 u 2 (8) Contrairement à ce qui se passe pour le miroir paraboloïdal concave, il est difficile ici de trouver la fonction inverse donnant u en fonction de y. L algorithme permettant de calculer l image transformée à partir de l image de base sera le suivant : Pour chaque point (x,y) de l image de départ : Exprimer ce point en coordonnées polaires (par rapport au centre de l image) : (u,θ) La largeur de l image transformée mesurant 2Πl, le calcul de θπl nous permet de calculer la colonne où devra se trouver l image du point considéré. Calculer y en fonction de u à l aide de l équation 8 Se servir de y pour trouver l abscisse du point sur l image déformée. (7) 5

FIG. 5 L image transformée à imprimer et rouler sur un cylindre (pour l = 3 et R = 8). Limites et remarques diverses Comme pour le moment au moins, on ne sait pas inverser facilement l équation 8, certains points du cylindre ne sont pas colorés, surtout dans les parties du dessin très déformées, laissant des lignes blanches visibles dans le haut de la figure 1. Si esthétiquement, c est un peu gênant, du point de vue de l anamorphose elle-même, ce n est pas un problème, car ces défauts seront invisibles dans le reflet de cette image déformée. On peut pallier plus où moins à ce problème en incrémentant les point (x,y) de l image de départ par des valeurs plus petites que 1, mais celà conduit à un ralentissement du programme. Références [1] Pov-Ray website. http://www.povray.org/. [2] C. Randour and J. Drabbe. Miroirs et perspectives. http://users.skynet.be/ mathema/eng.htm. 6