Understanding and Improving the Quality of Experience in 3D media perception : Accommodation/Vergence conflict in Stereopsis

par Cyril Vienne

Thèse de doctorat en Psychologie

Sous la direction de Pascal Mamassian et de Laurent Blondé.

  • Titre traduit

    Comprendre et optimiser la qualité de l’expérience en perception 3D


  • Résumé

    Les technologies de relief tridimensionnel (3D) ont récemment reçu un nouvel attrait. Lesraisons potentielles sont que ces technologies peuvent fournir une expérience visuelle plusriche et plus immersive. En effet, un observateur peut extraire les disparités binoculairesprésentées entre les vues gauche et droite, pour retrouver plus efficacement la profondeur dela scène visuelle observée, et ainsi, trouver une nouvelle dimension dans le contenu.Cependant, tandis que la valeur de la profondeur est plutôt bien appréciée, un certain nombrede problèmes qui impactent la qualité de l’expérience dans les représentations 3D ont étéidentifiés. L’objective de cette thèse est d’étudier les principaux facteurs qui affectent laqualité de l’expérience en stéréoscopie dans le but de fournir des méthodes qui pourraientaméliorer l’utilisation des systèmes stéréoscopiques. Trois aspects majeurs de la qualité del’expérience sont adressés : (1) les sources et causes de la fatigue visuelle, (2) les distorsionsperceptives et (3) l’amélioration de la qualité de l’expérience en 3D au travers de l’adaptationdu contenu visuel. Pour étudier la fatigue visuelle, les mouvements de vergence étaientmesurés à la fois avec un écran 3D et avec un système à double écran qui permettaient laprésentation de stimuli avec les informations de disparité et de flou présentés en congruencecomme en incongruence. L’effet de la stéréoscopie sur les mouvements de vergence a étéétudié dans le but de tester si la mesure oculaire pouvait être utilisée comme indicateur defatigue visuelle. Le sujet suivant étudiait la consistance de la perception des formes 3Dstéréoscopiques en fonction de distances virtuelles induites par la disparité et par le signald’accommodation. Le rôle de la taille de la pupille et de la profondeur de champ enstéréoscopie étaient étudiés par la manipulation de la taille de la pupille avec deux conditionsd’illumination contrôlée. Finalement, l’amélioration de la perception de la forme 3D estquestionnée au travers de l’adaptation du contenu visuel en fonction de la mesure de seuilsperceptifs individuels pour des stimuli se déplaçant en profondeur.


  • Résumé

    Stereoscopic 3-Dimensional (S3D) technology has recently received growing attraction,potentially because it provides a more informative and more immersive visual experience.Indeed, the viewer may extract the binocular disparities displayed between the left and theright views, more efficiently retrieve the depth of the observed visual scene, and thus, givevisual content another dimension. However, while the additional value of depth is ratherappreciated, a number of problems have been raised that impact the Quality of Experience(QoE) in S3D representations. The objective of this thesis is to investigate the main factorsaffecting QoE in stereopsis in order to provide guidelines towards the improvement andfurther use of stereoscopic systems. Three main aspects of QoE in S3D are addressed: (1) thesources and causes of visual fatigue, (2) the perceptual distortions arising in S3D and, (3) theimprovement of S3D QoE through content adaptation. To study visual fatigue in S3D,vergence eye movements were measured both in S3D display and in dual-screen display thatenables the presentation of matched disparity and defocus stimuli. The effect of stereopsis onvergence movements was studied so as to test whether vergence tracking can be used asindicator of visual fatigue. The next topic investigated the consistency in stereoscopic 3Dshape perception as a function of vergence distance and accommodation distance. The role ofthe pupil size and the depth of focus in S3D were evaluated by manipulating the pupilaperture with two controlled lighting conditions. Finally, the improvement of 3D shapeperception is addressed through content adaptation according to individual perceptionthresholds measurement for motion-in-depth stimuli.


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