Persistance rétinienne : définition, mythe et vraie cause du mouvement en animation

Les menus de Blender, cités en anglais, sont vérifiés dans le manuel et le code source de Blender 5.2.

Qu’est-ce que la persistance rétinienne ?

La persistance rétinienne (en anglais persistence of vision) est une explication du cinéma qui a traversé tout le XXe siècle. Joseph et Barbara Anderson, qui en ont fait l’histoire, la résument ainsi : quand l’œil reçoit une suite rapide d’images légèrement différentes, chaque image persisterait sur la rétine un bref moment après sa disparition, assez longtemps pour se fondre avec la suivante.

L’idée vient des jouets optiques. Dans un livre de 1827, le médecin John Ayrton Paris décrit le thaumatrope, un disque de carton illustré des deux côtés que l’on fait tourner entre deux ficelles, comme fondé sur « le principe optique bien connu » selon lequel une impression faite sur la rétine dure un court intervalle après le retrait de l’objet. Son exemple : un rat d’un côté, une cage de l’autre ; quand le disque tourne, le rat apparaît dans la cage.

Roget, Plateau et le principe du cinéma

Les historiens du cinéma attribuent souvent la découverte à Peter Mark Roget, pour un article lu le 9 décembre 1824. Les Anderson ont relu ce texte : Roget y décrit les rayons d’une roue vus à travers des fentes verticales, qui paraissent courbes. C’est une roue qui bouge réellement, pas une suite d’images fixes qui semblent bouger. En France, l’honneur revient plutôt au physicien belge Joseph Plateau, dont le phénakistiscope (1832) anime des dessins sur un disque tournant regardés à travers des fentes. Son principe, cité par Georges Sadoul : des objets qui diffèrent graduellement, montrés à des intervalles très courts, produisent sur la rétine des impressions qui « se lieront entre elles sans se confondre, et l’on croira voir un seul objet changeant graduellement de forme et de position ».

Ce qui est vrai : la vision persiste un peu

Le psychologue Max Coltheart rappelait en 1980 qu’un observateur continue de voir un stimulus quelque temps après sa disparition, et distinguait trois persistances : celle que l’on voit, celle de l’activité des neurones et celle de l’information gardée en mémoire visuelle. C’est ce qui fait voir un cercle de lumière quand on fait tourner vite un objet lumineux, l’exemple que citait déjà Roget, ou le rat dans sa cage. Mais ces exemples montrent une forme unique, faite de plusieurs vues réunies. Pas un déplacement.

Pourquoi la persistance rétinienne n’explique pas le mouvement

L’article des Anderson, « The Myth of Persistence of Vision Revisited » (Journal of Film and Video, 1993), prolonge un premier texte de 1978 signé avec Barbara Fisher. Il sépare deux questions que les premiers auteurs confondaient. Pourquoi l’image paraît-elle continue, et non comme une suite d’éclairs ? C’est la fusion du papillotement. Pourquoi les personnages paraissent-ils bouger ? C’est le mouvement apparent, et la persistance rétinienne n’y répond pas.

• Une fusion donnerait une superposition. Des images mêlées sur la rétine s’empileraient, comme dans le Nu descendant un escalier de Marcel Duchamp ou une image du film Pas de deux de Norman McLaren : un collage immobile, pas l’illusion d’un mouvement.
• Le mouvement se calcule derrière la rétine. Dès 1912, Max Wertheimer réfute la théorie des traces rétiniennes et conclut qu’il faut recourir à des processus situés derrière la rétine. Selon les Anderson, après 1900, la psychologie traite le mouvement presque sans exception comme un phénomène central, produit par le cerveau.
• Le cerveau peut perdre le mouvement seul. En 1983, Josef Zihl et ses collègues décrivent une patiente atteinte de lésions bilatérales du cortex temporo-occipital latéral : son champ visuel est par ailleurs intact, mais elle ne perçoit plus le mouvement en profondeur ni le mouvement apparent. La vision du mouvement est une fonction à part, au-delà du cortex visuel primaire.

Hugo Münsterberg, dans The Photoplay (1916), jugeait déjà l’explication par les images rémanentes « beaucoup trop simple ». Pour les Anderson, la notion a survécu parce qu’elle servait de mythe fondateur aux études cinématographiques.

Phénomène phi et mouvement bêta : ce que Wertheimer a décrit en 1912

En 1912, Max Wertheimer publie ses « Experimentelle Studien über das Sehen von Bewegung » (études expérimentales sur la vision du mouvement), texte fondateur de la psychologie de la forme (Gestalt). Il allume l’un après l’autre deux traits lumineux séparés et fait varier l’intervalle entre les deux. Les Anderson retiennent trois cas :

• Le mouvement bêta : le trait semble passer de la première position à la seconde. C’est le mouvement apparent « optimal », celui qui ressemble au mouvement réel.
• Le mouvement partiel : chaque trait semble parcourir une petite distance.
• Le phénomène phi : un mouvement « pur », perçu sans qu’aucun objet ne change de place. Les traits paraissent immobiles, et pourtant quelque chose bouge entre eux.

Wertheimer a décrit le phi de façon peu claire, d’où une confusion durable, selon la revue de Steinman, Pizlo et Pizlo (2000), au titre explicite : « Phi is not beta ». Chez certains spécialistes du cinéma, « phénomène phi » a même remplacé « persistance rétinienne » sans être mieux compris. Or un personnage à l’écran ne reste pas en place pendant qu’un mouvement fantôme passe à côté de lui : il se déplace, comme dans le cas bêta.

Mouvement apparent à courte portée

En 1974, Oliver Braddick décrit un processus de mouvement apparent « à courte portée », mesuré avec des motifs de points aléatoires : la direction du mouvement n’est perçue que si le déplacement d’une image à l’autre reste sous une limite spatiale, notée dmax. Les Anderson en concluent que le cinéma, où les changements d’une image à la suivante sont petits, relève de ce mouvement à courte portée, traité par le système visuel comme un mouvement réel. En 1989, Patrick Cavanagh et George Mather contestent l’existence de deux processus distincts et proposent une seule analyse du mouvement, suivie d’une inférence. Sur l’essentiel, les deux lectures s’accordent : le mouvement vient de mécanismes qui détectent le changement d’une image à l’autre, pas d’une rétine trop lente.

Papillotement et fréquence de fusion : l’autre moitié de l’illusion

La fréquence critique de fusion du papillotement (critical flicker fusion frequency) est la fréquence à partir de laquelle une lumière clignotante est perçue comme continue. Elle n’a pas de valeur unique : une synthèse publiée en 2021 dans la revue Medicina cite l’amplitude du clignotement, l’éclairement moyen, la position sur la rétine, la couleur, la lumière ambiante, la distance et la taille du stimulus, ainsi que l’âge ou la fatigue. Elle situe la détection du papillotement par l’œil humain entre 50 et 90 Hz, et signale des travaux où une lumière modulée se distingue d’une lumière fixe jusqu’à 500 Hz.

C’est contre le papillotement, et non pour le mouvement, que les projecteurs ont un obturateur à plusieurs pales. Le manuel de projection de F. H. Richardson (1927) définit le papillotement comme la visibilité de la période où l’écran est noir. La pale principale coupe la lumière pendant que le film avance ; avec une seule pale, les coupures seraient trop espacées. L’écran est donc obscurci deux ou trois fois par image, selon le nombre de pales, et Richardson note que le papillotement s’accentue avec la luminosité et la taille de l’image. À 24 images par seconde, deux pales donnent 48 éclairs par seconde, trois pales 72, pour toujours 24 images différentes.

Des jouets optiques au cinéma

Le 28 octobre est devenu la Journée mondiale du cinéma d’animation, célébrée chaque année depuis 2002 en hommage aux projections de Reynaud.

24 images par seconde : un choix technique

Les 24 images par seconde ne sont pas un seuil de perception. En 1929, lors d’une discussion de la Society of Motion Picture Engineers, un intervenant rappelle que les 16 images par seconde de la norme du muet « n’étaient pas très rigoureusement appliquées », alors que pour le film sonore, 24 images par seconde sont une valeur fixe que l’on peut normaliser. L’Encyclopædia Britannica date de 1927 ce choix imposé par le son. C’est encore la cadence d’une nouvelle scène dans Blender.

Ce que cela change pour un animateur dans Blender

Si le mouvement naît de la comparaison entre images successives, l’animateur travaille sur ce qui change d’une image à l’autre : la cadence, le nombre de poses différentes, l’écart entre elles et le contenu de chaque image. Le guide de l’animation dans Blender reprend la pose des clés et le Graph Editor.

Choisir la cadence (Frame Rate)

La cadence se règle dans Output Properties > Format > Frame Rate, « le nombre d’images affichées par seconde » selon le manuel. Le menu propose de 6 à 240 fps, dont 23,98, 24, 25, 29,97, 30 et 60, et Custom, qui affiche FPS et Base : la cadence vaut FPS divisé par Base, pour les normes qui demandent une valeur plus précise, comme le NTSC. Le préréglage 23,98 correspond ainsi à 24 divisé par 1,001. Une nouvelle scène part de 24 fps.

Les clés sont posées sur des numéros d’image : changer la cadence après coup accélère ou ralentit toute l’animation. Le sous-panneau Time Stretching du panneau Frame Range remappe la durée (valeurs Old et New), sans toucher aux images de début et de fin. La cadence pèse aussi sur le rendu : une minute compte 1 440 images à 24 images par seconde et 1 800 à 30, un quart de calcul en plus. Le guide pour enregistrer une animation Blender détaille la sortie.

Animer en un ou en deux

Une animation 3D est « en un » : Blender calcule une position nouvelle à chaque image. Le dessin animé travaille souvent « en deux », chaque pose tenue deux images. La cadence ne change pas, seul le nombre de poses baisse :

Le modificateur de courbe Stepped Interpolation produit cet effet sans retoucher les clés : selon le manuel, il abaisse en quelque sorte la cadence de la courbe, qu’il échantillonne toutes les N images. Dans le Graph Editor, sélectionnez les courbes, puis Channel > Add F-Curve Modifier > Stepped Interpolation. Réglez Step Size (2 par défaut), Offset pour caler les marches sur vos poses, et Start Frame et End Frame pour limiter l’effet. Pour des clés posées à la main, l’interpolation Constant (Key > Interpolation Mode, touche T) tient chaque valeur jusqu’à la clé suivante. Le guide du stop motion dans Blender détaille les deux méthodes et le rendu d’une image sur deux.

En deux, chaque changement est deux fois plus grand qu’en un, pour une même vitesse. C’est là que la recherche rejoint la pratique : plus l’écart entre deux images grandit, plus le mouvement risque de se lire comme une suite de sauts. Trois outils le comblent : les intervalles, le flou de mouvement et le smear.

Le flou de mouvement (Motion Blur)

Par défaut, Blender rend une animation comme une suite d’images parfaitement nettes. Le manuel note que c’est idéal pour le stop motion, mais irréaliste : un objet rapide paraît flou dans le sens de son déplacement, sur une image de film comme sur une photo. Le flou s’active dans Render Properties > Motion Blur, par la case de l’en-tête du panneau, pour Cycles comme pour EEVEE.

• Position : Start on Frame (l’obturateur s’ouvre à l’image), Center on Frame (ouvert pendant l’image, par défaut) ou End on Frame (il se ferme à l’image).
• Shutter : la durée d’ouverture, en images. À 1,0, le flou couvre une image entière ; par défaut, 0,5, une demi-image.
• Dans Cycles, chaque objet a ses propres réglages de flou dans l’onglet Object. Pas de flou de caméra avec une caméra orthographique, et les lumières restent immobiles pendant l’image. Cuisez particules et simulations avant le rendu.
• Dans EEVEE, le rendu est découpé en pas de temps accumulés (Steps), complétés par un flou de post-traitement. Chaque pas réévalue toute la scène et peut alourdir nettement le rendu. Dans la vue 3D, le flou n’apparaît que pendant la lecture, avec un algorithme simplifié.

Le flou se paie sur chaque image d’une animation ; les autres leviers sont réunis dans le guide pour accélérer un rendu Blender.

Smear frames : déformer au lieu de flouter

Le dessin animé a sa propre réponse aux gestes trop rapides : le smear, une image où le personnage est étiré ou dédoublé le long de sa trajectoire, avec des contours nets. Il comble l’écart entre deux positions, comme le flou, dans un style graphique. Le guide des smear frames dans Blender montre quatre façons de les construire.

Juger le rythme à la bonne vitesse

Si la lecture dans la vue 3D ne suit pas la cadence, le compteur d’images par seconde passe au rouge et le réglage Sync du menu Playback de la Timeline décide : Play Every Frame montre toutes les images quitte à ralentir, Frame Dropping en saute pour tenir la cadence. Pour une vidéo fidèle, 3D Viewport > View > Render Playblast calcule chaque image avec le rendu de la vue 3D, en Workbench ou EEVEE. Le guide de l’animation 3D replace ces étapes dans une production complète.