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 l'auteur

Lens Simulator

par Peter Wey

Peter, pouvez-vous vous présenter ?

Je m'appelle Peter Wey, j'ai 46 ans et je vis en Suisse, dans la région zurichoise, près de Baden. Dans la vie professionnelle, je suis ingénieur logiciel après avoir obtenu un Master en informatique à l'ETH Zurich. Dès que je quitte mon clavier, je suis avant tout un photographe passionné de paysage et de nature - une activité qui m'a conduit à exposer régulièrement dans ma région et à rejoindre l'agence Stocksy en 2013 (stocksy.com/peterwey).

Sur le plan du matériel, j'ai longtemps photographié au reflex plein format 24×36 ainsi qu'en moyen format numérique chez Fujifilm. Mais ces dernières années, j'ai éprouvé le besoin de ralentir le rythme et je suis revenu avec beaucoup de plaisir à l'argentique en moyen format, notamment avec des boîtiers Mamiya. C'est sans doute cette double culture - l'informatique scientifique d'un côté, et la pratique de différents formats de prise de vue de l'autre - qui m'a amené à créer Lens Simulator.

Comment vous est venue l'idée de créer Lens Simulator ?

Au départ, mon objectif était purement technique : je cherchais un projet concret pour approfondir la programmation graphique 3D dans un navigateur web avec WebGL et Three.js. Très vite, je me suis dit qu'il serait passionnant de construire l'outil que j'avais souvent cherché en vain en tant que photographe : un simulateur visuel permettant de comprendre intuitivement comment la longueur focale, l'ouverture du diaphragme, la distance de mise au point et le format du capteur ou du film modifient simultanément le cadrage, la perspective et le flou d'arrière-plan (bokeh).

Sur Internet, on trouve d'excellents articles théoriques, des tableaux de calculs de profondeur de champ ou des photos d'exemple isolées, mais il manquait un banc d'essai interactif où l'on puisse faire varier chaque paramètre en temps réel sur une même scène tridimensionnelle.

La première version de l'outil utilisait uniquement les formules classiques de l'optique géométrique, c'est-à-dire le modèle de la « lentille mince idéale ». Puis je me suis posé une question plus ambitieuse : pourquoi deux objectifs de même focale et de même ouverture produisent-ils un rendu de flou si différent dans la réalité ? Pour le montrer, il fallait simuler la véritable trajectoire des rayons lumineux à travers chacune des lentilles qui composent un objectif. Par chance, les grands fabricants d'optiques publient ces prescriptions complètes (rayons de courbure, épaisseurs au centre, espacements d'air, indices de réfraction et nombres d'Abbe) dans leurs dépôts de brevets. J'ai donc écrit un moteur de tracé de rayons (ray-tracing) qui s'appuie directement sur ces données publiques. Le résultat n'est évidemment pas absolu - puisque les traitements de surface (coatings), l'usinage des lentilles asphériques ou les tolérances d'assemblage n'y figurent pas -, mais il s'approche de très près du comportement physique réel des optiques.

Pouvez-vous nous présenter Lens Simulator ?

Lens Simulator (lenssimulator.photo/) est une application web gratuite, sans publicité intrusive ni création de compte, qui fonctionne directement dans le navigateur sur ordinateur ou appareil mobile.

Lens Simulator

Elle réunit quatre outils complémentaires autour d'une scène de portrait en 3D :

La comparaison A/B côte à côte en temps réel : On peut opposer deux objectifs ou deux formats d'image simultanément. Un commutateur essentiel permet de choisir son comportement d'opérateur : soit « Garder la même taille du sujet » (la caméra virtuelle recule ou avance automatiquement lorsqu'on change de focale, ce qui révèle immédiatement la compression de perspective et l'évolution du fond), soit « Rester sur place » (comme sur un trépied).

Deux modèles optiques au choix : Le mode « Mathématiques idéales  (lentille mince parfaite, idéal pour étudier les lois de l'équivalence entre formats) et le mode « Objectif réel », qui trace les rayons à travers plus de 270 formules optiques issues des brevets historiques et contemporains.

La vue en coupe « Optical X-Ray » et l'inspecteur de bokeh : Sous l'image 3D, un schéma optique dynamique montre l'objectif en coupe longitudinale. Lorsqu'on ferme le diaphragme ou que l'on modifie la distance de mise au point, on voit les groupes flottants se déplacer, l'iris couper les rayons marginaux et la forme de la tache de flou évoluer du centre jusqu'aux angles du format (vignettage mécanique en « œil de chat », forme polygonale des lamelles du diaphragme, aberration sphérique résiduelle et focus breathing).

Neuf formats de surface sensible : Du capteur 1 pouce, Micro 4/3, APS-C et 24×36 jusqu'au moyen format numérique (44×33 mm), au moyen format argentique (6×4,5 cm et 6×7 cm) et aux chambres grand format 4×5" et 8×10".

Lens Simulator est le fruit d'un labeur considérable : vous y travaillez depuis combien de temps ?

Le tout premier jet, limité aux lentilles minces idéales, est né l'année dernière. En revanche, la grande majorité du développement que vous voyez aujourd'hui - le moteur de tracé de rayons sur les brevets, la vue en coupe X-Ray, la modélisation des plus de 270 objectifs ainsi que les pages explicatives interactives sur le bokeh, la profondeur de champ et le facteur de recadrage - a été réalisée de manière très intense au cours du dernier mois, entièrement sur mon temps libre, le soir et le week-end. Quand on commence à plonger dans les brevets optiques historiques, cela devient vite une passion dévorante !

Lens Simulator

À quels publics avez-vous pensé en fabriquant Lens Simulator ?

J'ai pensé à trois profils complémentaires :

Les photographes en quête d'un outil d'aide à la décision : Lorsqu'on hésite entre un 85 mm, un 105 mm et un 135 mm pour du portrait, ou que l'on se demande si l'écart de poids et de prix entre un f/1.8 et un f/1.2 se justifie à sa distance de travail habituelle, rien ne remplace une comparaison directe à cadrage constant.

Ceux qui souhaitent comprendre la physique de l'image : Par exemple, visualiser pourquoi l'ouverture, la distance au sujet, la distance de l'arrière-plan et le diamètre de la pupille d'entrée gouvernent la taille des cercles de confusion.

Les passionnés d'optique (les « photo-nerds », dont je fais partie !) et les participants aux débats sur les forums : Les discussions en ligne sur l'équivalence entre le moyen format, le grand format et le 24×36 tournent souvent au dialogue de sourds faute de support visuel commun. Je voulais offrir un terrain d'expérimentation neutre, fondé sur les lois de l'optique, où chacun peut vérifier immédiatement une affirmation et partager un lien exact vers sa simulation.

Quelles caractéristiques de Lens Simulator intéresseront plus particulièrement les amateurs de moyen et grand formats ?

Pour les lecteurs de Galerie-Photo, le simulateur met en évidence deux phénomènes que les tableaux de chiffres traduisent rarement avec autant de force :

La visualisation immédiate des équivalences du 24×36 jusqu'au 8×10" :

Lorsqu'on passe d'un format à l'autre en gardant exactement le même cadrage du sujet et la même distance de prise de vue, l'outil affiche l'équivalence à la fois en angle de champ et en profondeur de champ. Cela permet de mesurer le fossé qui sépare le moyen format numérique 44×33 mm (facteur 0,79×), le 6×7 argentique (facteur 0,47×) et le grand format :

Sur un Mamiya 6×7, le classique 110 mm f/2.8 possède une pupille d'entrée de 39,3 mm et produit le même cadrage et la même séparation des plans qu'un 52 mm f/1.3 en 24×36.

Sur une chambre 4×5" (facteur 0,26×), une optique standard de 150 mm f/5.6 correspond à un 40 mm f/1.5 en 24×36, tandis qu'un 210 mm f/5.6 équivaut à un 55 mm f/1.5 ! Cela explique immédiatement aux photographes venant du petit format pourquoi, à la chambre, f/5.6 est une très grande ouverture qui exige une mise au point au millimètre sur le dépoli, et pourquoi l'on travaille couramment à f/22 ou f/32.

Sur une chambre 8×10" (facteur 0,13×, soit une surface près de 60 fois supérieure au 24×36), un 300 mm f/5.6 offre une pupille d'entrée de 53,6 mm et isole le sujet comme le ferait un hypothétique 40 mm f/0.75 en 24×36.

L'exploration des bokehs extrêmes propres au grand format :

Le grand format permet d'atteindre des rapports entre pupille d'entrée et angle de champ qui sont physiquement impossibles en 24×36. On peut par exemple charger dans le simulateur le célèbre Kodak Aero-Ektar 178 mm f/2.5 sur un format 4×5" : avec sa pupille d'entrée géante de 71,2mm, il agit comme un 47 mm f/0.66 en plein format ! À 2 mètres de distance, la profondeur de champ tombe à quelques centimètres tout en conservant un angle de champ standard naturel, créant cet effet tridimensionnel si particulier aux portraits à la chambre à pleine ouverture.

Lens Simulator