Résumé : pourquoi voyons-nous des taches lumineuses là où il n’y en a pas ? Comment peut-on observer d’énigmatiques effets d’extinction ou de scintillation ? L’ordinateur permet de réaliser simplement des expériences sur la perception et notamment, au travers d’illusions.
Mots-clés : illusion, scintillation, extinction.
L’exercice s’inspire de l’article Expériences d’amateur de Jearl Walker, Pour la science, mars 1988 et de l’article Variations sur une grille de Jacques Ninio, Pour la science, mars 2001.
Si vous regardez la figure ci-dessous sans fixer de point particulier, vous aurez l’impression de voir un triangle blanc masquant en partie trois disques et un triangle noirs. Le triangle blanc n’apparaît parfois qu’après plusieurs secondes, mais il semble être plus blanc que le fond blanc sur lequel il se détache ! C’est un exemple de « contour subjectif », une classe d’illusions visuelles dont Gaetano Kanizsa, de l’Université de Trieste, a été un pionnier.
Pourquoi un triangle illusoire apparaît-il et pourquoi semble-t-il plus brillant que la partie qui l’entoure ? L’une des premières explications de ces illusions était fondée sur les différences de contraste entre les différentes parties du triangle de Kanizsa : le fort contraste entre les parties de disques noirs et les angles du triangle blanc aurait fait paraître ces derniers plus clairs qu’ils ne sont en réalité ; puis cette clarté se serait propagée au triangle illusoire tout entier.
Cette explication ne résiste pas à une analyse détaillée, car si l’on trace le triangle illusoire, en matérialisant son contour d’un trait fin, sa brillance supérieure disparaît ou est si atténuée qu’un observateur non averti a toutes les chances de ne pas le remarquer ; or, ce faisant, on ne modifie pas le contraste lumineux, aux angles du triangle.
L’hypothèse n’explique pas non plus pourquoi les autres régions blanches entourant les portions de disques noirs ne sont pas également « éclaircies », alors qu’elles présentent le même contraste avec les disques que les « coins » qui y sont découpés.
On a également proposé que le triangle de Kanizsa soit dû au fonctionnement des parties du système visuel assurant la détection des traits, des bords et des orientations. L’hypothèse était intéressante, mais elle ne permettait pas toutefois d’expliquer pourquoi l’on voit parfois plus facilement les contours subjectifs, sur des figures floues ou mal éclairées.
Une partie spécifique du système visuel repère la répétition de signes élémentaires, comme les traits, par un processus analogue semble-t-il, à l’analyse de Fourier. Ce système pourrait-il rajouter des traits qui n’existent pas et compléter la figure subjective ? Apparemment pas, car des contours subjectifs apparaissent également dans des figures où l’on ne trouve pas la répétition nécessaire pour déclencher ce type d’analyse.
En 1986, Stanley Coren, de l’Université de Colombie britannique, Clare Porac, de l’Université de Victoria et Leonard Theodor, de l’Université de York, ont examiné et rejeté toutes ces explications attribuant une origine physiologique aux contours subjectifs ; ils ont montré qu’une seconde catégorie de processus, dits cognitifs, explique mieux ces illusions : nous voyons les triangles subjectifs parce que notre cerveau cherche automatiquement à délimiter des régions et, de ce fait, à donner un sens à une figure a priori quelconque. Il se pourrait également que nous considérions l’ensemble de la figure comme un puzzle à reconstituer en y recherchant des formes familières ou simples.
Selon S. Coren, un mécanisme cognitif puissant s’appuie sur le relief apparent du dessin produisant l’illusion. Dans le cas du triangle de Kanizsa, la figure subjective semble se trouver en avant des autres figures, les cachant en partie à notre vue. Pourquoi la sensation de profondeur éclaircit-elle le triangle ? Aucune explication ne satisfait tous les psychophysiologistes, mais il est probable que cette luminosité supplémentaire aide à renforcer la perception du triangle, que nous savons illusoire. Il existe peut-être un autre mécanisme cognitif qui joue un rôle important : lorsque nous percevons une figure illusoire, nous l’interprétons inconsciemment en fonction de nos expériences antérieures.
On connaît également des illusions plus subtiles. Lorsque l’on présente la figure de droite sans les figures de gauche, l’illusion est difficilement perceptible. Si, en revanche, on montre d’abord les deux illusions de gauche puis, la troisième, le triangle illusoire sera plus facilement perceptible.
Les grilles incomplètes de la figure ci-dessous produisent un autre type d’illusions : les illusions d’Ehrenstein. Si vous ne considérez aucun point particulier de cette figure, vous verrez un rond, un carré ou une tache, aux points où les lignes se couperaient si la grille était complète. Ces figures sont particulièrement brillantes dans la grille supérieure de lignes noires et particulièrement noires dans la grille inférieure ; dans les deux cas, elles semblent placées au-dessus de la grille, dont elles paraissent cacher les intersections. L’illusion reste très nette même si vous ne regardez qu’une intersection incomplète, mais si vous regardez fixement le point d’intersection manquant, l’illusion cesse.
Dans la variante ci-dessous, des allées illusoires semblent relier la grille.
John Kennedy , de l’Université de Toronto, a imaginé une série d’illusions sur la base des segments de rayon qui créent l’illusion d’un disque clair au centre du motif. Lorsque les segments sont inclinés, l’illusion s’atténue. Elle est moins nette si les pétales sont plus épais.
Dans l’illusion de la grille de Hermann, on distingue des taches grises aux intersections des allées blanches qui séparent les carrés noirs. Elles disparaissent au point de fixation du regard et reparaissent en périphérie du champ visuel.
Les spécialistes de la perception ont repéré dans cette grille d’autres anomalies, moins flagrantes. Par exemple, le blanc des allées semble légèrement plus gris que celui qui borde l’image, et l’on voit parfois des lignes grises s’étendre au centre des allées. Le phénomène est plus fort — toujours en périphérie — là où les carrés portent des encoches. Quand on fait subir un quart de tour à la grille, on voit un réseau de lignes sombres, horizontales et verticales, traverser les carrés selon leurs diagonales. Tous ces phénomènes sont également observés en inversant le contraste (carrés blancs sur fond noir) ; les taches ou lignes illusoires présentent alors un contraste inverse de celui décrit plus haut. Ces phénomènes sont tenus pour révélateurs des mécanismes par lesquels les réseaux de neurones calculent le niveau de gris local, et le corrigent en fonction du contraste avec le pourtour.
En faisant varier de manière systématique la géométrie de la grille de Hermann, de nouveaux effets se manifestent. En 1985, James Bergen, des Laboratoires RCA à Princeton, a observé une scintillation au croisement des allées, quand la grille est rendue floue. L’effet est spectaculaire sur écran, plus difficile à rendre sur papier. Puis, avec l’habitude, on la voit sans mouvement volontaire. C’est comme si le cerveau oscillait entre deux estimations du niveau de gris aux intersections : l’estimation obtenue à forte résolution, quand on fixe une intersection, et qui la fait voit noire, et celle, à faible résolution, de la vision périphérique, où les corrections de contraste local feraient apparaître du blanc, comme sur une grille de Hermann à carrés blancs sur fond noir.
Notons qu’en rendant floue la grille de Hermann, on a rendu grises les allées, et fait apparaître aux intersections des disques plus sombres que les allées. En supprimant le flou, et en réduisant à trois valeurs les niveaux de gris, Michael Schrauf, Bernd Lingelbach et Eugène Wist, de l’Université Heinrich Heine, à Düsseldorf, ont obtenu une grille de Hermann scintillante, moins spectaculaire, mais plus facile à réaliser que celle de Bergen. L’image a été reprise pour illustrer la difficulté d’interprétation des bulletins de vote de Floride (lors de l’élection de Georges W. Bush Junior en 2000).
Prenant cette nouvelle grille pour point de départ et la faisant varier, Jacques Ninio et le Laboratoire de physique statistique de l’Ecole normale supérieure, ont mis en évidence avec Kent Stevens, de l’Université d’Oregon à Eugene, un nouvel effet. La modification essentielle est de cercler avec du blanc les disques noirs, et réduire la taille. La plupart des disques disparaissent alors de la page. On voit quelques disques là où le regard se pose. Ailleurs, les allées paraissent continues et démunies de disques.
Ce phénomène de disparition — ou d’extinction — est encore plus fort quand les disques sont aux intersections d’un maillage triangulaire. L’illusion, dans cette figure, porte sur les grands disques, alors que les petits disques qui sont placés hors des intersections sont vus en totalité. L’illusion d’extinction serait un phénomène attentionnel. Le gris moyen d’un disque noir cerclé de blanc est peu différent de celui de son environnement, aux intersections de trois allées. Il se pourrait qu’à la périphérie du champ visuel, ne soient retenus comme significatifs que les accidents pour lesquels le contraste local dépasserait une certaine valeur. D’où la négligence vis-à-vis des grands disques et, en fin de compte, leur disparition.
Le but du problème est de représenter à l’aide d’un ordinateur les illusions mentionnées.
Le problème est relativement aisé à résoudre si l’on dispose d’un outil capable de tracer des traits. Il suffit de répéter des tracés simples : cercles, triangles, carrés. En ajustant les dimensions de l’image on peut rendre l’illusion plus réaliste.
Pour résoudre ce problème, il suffit de savoir programmer des boucles et de réaliser des grilles.
La solution actuellement proposée est donnée par les fichiers MatLab : kanizsa1.m, kanizsa2.m, kanizsa3.m, hermann1.m, hermann2.m, ehrenstein1.m, ehrenstein2.m, kennedy.m, ninio.m, bergen.m, cercle3pts.m, eqdroite.m et demokanizsa.m.