Le cube magique et le T. rex qui vous suit du regard - une illusion d'optique en 3D !

En cette période de fêtes, je vous propose un peu d'amusement : réaliser une illusion d'optique en 3D en trois coups de ciseaux. Pour vous donner tout de suite une idée de ce qui vous attend, voici un petit gif et une vidéo:

Épatant non ? Cela fait une semaine que je bassine mon entourage avec. Pour en voir d'autres, lisez cet article sur le blog Strange Stuff and Funky Things. Le principe est assez connu (nous verrons comment cela marche un peu plus loin), il m'a d'ailleurs été rappelé pendant le réveillon de noël avec la bague d'un bouchon de champagne. Pour essayer, tenez la bague à l'envers, comme sur la photographie ci-dessous, et fermez un œil. Essayez d'imaginer le cercle du fond (en vert sur la photo de droite) en premier plan, et vous devriez être en mesure de réaliser ce petit tour.

Déplacez lentement la tête pour voir le bouchon pivoter dans votre main ! Voici ce que vous devriez voir :

La vidéo n'est pas top, passons à la suite ! Voici un patron de cube avec la jolie station spatiale internationale :

Découpez le, pliez suivant les lignes et collez la languette sous le carré nuageux, de façon à obtenir un demi cube où le carré nuageux est au fond. En gros, selon votre aptitude à manier une paire de ciseaux et un bâton de colle, vous devriez avoir quelque chose comme ça :

Maintenant, tenez le cube dans votre main de sorte que les trois faces soient visibles en gardant toujours la face nuageuse au fond. Fermez un œil pour induire votre cerveau en erreur. Ainsi handicapé, le voici devenu incapable de voir le monde en 3 dimensions, et nous allons pouvoir tricher sur la profondeur. Concentrez vous un peu et imaginez le carré nuageux en premier plan. Ça peut prendre un peu de temps la première fois. Voici ce que vous devez vous efforcer de voir : le même cube avec une perspective inversée. Le carré nuageux doit vous apparaître en premier plan.

Une fois parvenu à visualiser le cube de cette façon, déplacez lentement votre tête sans bouger la main : le cube semble bouger tout seul. En bougeant la main, c'est le cube qui semble flotter ! Stupéfiant, rocambolesque ! Je m'enflamme un peu.

Bon alors, comment ça marche ? Tout est une question d’interprétation. Votre cerveau a ses habitudes. Spontanément, lorsqu'il est confronté à l'image d'un cube, il a tendance à l'imaginer comme on le voit dans l'illustration ci-dessous à gauche (le contour bleu étant plus proche de vous). Pour le visualiser vu du dessous, comme dans l'illustration de droite, il faut sérieusement se concentrer ! C'est la célèbre illusion du cube de Necker, du nom du cristallographe suisse qui publia le premier à ce sujet en 1832. C'est un dessin ambigu où deux interprétations sont possibles. La préférence du cerveau humain pour la version de gauche est en partie à l'origine de l'illusion que vous avez réalisée.

Pourquoi le cube semble-t-il bouger tout seul ? Fermer un œil prive votre cerveau du seul moyen qu'il a de voir en 3 dimensions ; c'est en effet le décalage entre les images vues par l’œil gauche et l’œil droit qui lui permet de recréer une image tridimensionnelle du monde. Comme on l'a vu, votre cerveau a décidé d’interpréter le cube comme si la face nuageuse était en premier plan, c'est à dire plus proche qu'elle n'est vraiment. Mais le cerveau sait aussi que plus un objet est proche, plus son déplacement doit induire un décalage important par rapport à l'arrière plan (un mur par exemple). Pour mieux comprendre, tenez vous devant un mur et portez votre index à quelques centimètres de votre œil, puis décalez le de quelques centimètres à droite. Appréciez alors la distance que la projection de votre doigt a parcouru sur le mur. Refaites l'expérience en tenant votre doigt plus loin, en le décalant de la même distance à droite. Dans le premier cas (en vert dans le schéma ci-dessous), le décalage sur le mur est très important. Dans le second cas (en orange sur le schéma ci-dessous), le décalage sur le mur est beaucoup moins marqué. Oui, c'est le théorème de Thalès, et notre cerveau s'en sert à chaque instant pour apprécier les distances :)

Revenons à l'illusion du cube : le cerveau visualise donc la face nuageuse plus proche qu'elle n'est, et son déplacement apparent par rapport à l'arrière plan est moins grand que prévu. Votre cerveau n'aime pas trop ça, il va essayer de donner un sens à une situation anormale, quitte à tricher un peu. Pour rester cohérent, le cerveau décide tout simplement que c'est le cube lui même qui change d'orientation ! Voici comment votre cerveau analyse et transforme la réalité :

Explication de l'illusion du cube en 3D et de l'illusion du dragon qui vous suit du regard

Les traits rouges, violets ,verts et bleus montrent les trajets des rayons lumineux issus du cube et interceptés par votre œil. Dans la situation 1, votre cerveau s'imagine qu'il voit l'avant du cube (les traits rouges) alors qu'il regarde le fond (les traits violets). La situation 2 est la même, après un déplacement de votre œil vers la droite. Pour concilier son interprétation avec les lois de la perspective, votre cerveau choisit de considérer que le cube a pivoté sur lui-même :

Explication de l'illusion du cube en 3D et de l'illusion du dragon qui vous suit du regard

Avec cette interprétation, tout rentre dans l'ordre : le fond du cube peut devenir la face avant et les déplacements apparents par rapport à l'arrière plan sont cohérents. Un déplacement de la tête vers la droite entraine donc une rotation du cube. Bien sûr, cela marche dans les trois dimensions : quelque soit la direction dans laquelle votre œil se déplace, le cube pivote de façon à respecter les conditions décrites précédemment et toujours présenter la face que l'on imagine plus proche que dans la réalité. Dans l'illusion du dragon qui vous suit du regard (voir ci-dessous), c'est le même principe : les yeux du dragons sont localisés sur la partie correspondant au fond du cube, alors que nous les imaginons en premier plan.  Quand on y pense, c'est un peu effrayant : le cerveau est tellement sûr de son coup qu'il n'hésite pas à tricher avec la réalité pour ne pas être pris en défaut..

Vous pouvez bien sûr réaliser votre propre cube, voici le patron. J’essaierai de rajouter un jour d'autres modèles !

 

Le tyrannosaure qui vous suit du regard

En exploitant exactement le même effet, vous pouvez réaliser l'illusion ci-dessous :

Cette vidéo est issue de la chaine youtube de Brusspup, qui regroupe des dizaines de vidéos époustouflantes sur le thème des illusions d'optique. Cliquez sur les liens ci-après pour télécharger les patrons des modèles rouge, bleu et vert.

MODÈLE ROUGE      MODÈLE BLEU      MODÈLE VERT 

Les patrons des T. rex magiques ! Crédits : Brusspup

Si vous habitez près de Paris, la Cité des Sciences propose une exposition permanente dédiée aux illusions d'optique. On peut y voir, entre autres, un masque de figure humaine dont le relief est inversé. L'effet est saisissant : on a vraiment l'impression que le masque nous regarde avec insistance. 

L'illusion des masques à la Cité des Sciences et de l'Industrie. Crédits : K.Madjer

That's all folks. Vous trouverez également sur cette page un patron pour réaliser une carte d'anniv originale et un petit support pour ne pas avoir à la tenir. Joyeux noël en retard :)