Perception du mouvement propre

Perception visuelle du mouvement

La littérature concernant la perception visuelle du mouvement est très fournie car cette modalité visuelle est considérée comme principale pour la perception du mouvement. Le flux optique, notion apparue dans les années 1950, a été largement étudiée car elle permet d’obtenir des informations aussi bien sur la direction du mouvement que sur la vitesse. Après avoir défini les notions de flux optique et de flux rétiniens, nous verrons comment ils peuvent être utilisés pour la perception de la vitesse, en relation avec les informations de profondeur. 

Flux optique, flux rétinien 

L’image du monde qui se forme sur nos rétines est en constante évolution. En effet, dès que nous nous déplaçons dans notre environnement, dès que l’œil tourne dans son orbite ou dès qu’un objet se déplace par rapport à nous, l’image formée sur la rétine change. Or, à l’exception près des mouvements de saccade des yeux qui sont des rotations brutales survenant entre 10°/s et 1000°/s, ce changement est continu et est donc descriptible à tout instant par la vitesse instantanée de déplacement d’un point lumineux constituant l’image. On appelle flux optique le champ de ces vecteurs vitesses lorsque l’œil est fixe par rapport à Perception du mouvement propre 34 Chapitre 3 Perception du mouvement propre la tête. La Figure 29 donne un exemple de représentation d’un flux optique radial correspondant à un mouvement vers l’avant. Figure 29 – Exemple de représentation d’un flux optique simulant un mouvement vers l’avant, d’après (Klam 2003). Au centre (en rouge), le foyer d’expansion. Chaque vecteur de mouvement (lignes fléchées, en noir) est caractérisé par sa ligne de direction (ligne pointillée, en vert) le reliant au foyer d’expansion (en rouge au centre). Chacun de ces vecteurs représente le mouvement visuel provoqué par le déplacement d’un objet par rapport à l’observateur. C’est Gibson (Gibson 1950) qui, le premier, remarque que le flux optique contient des informations pertinentes sur la locomotion. Sa structure dépend en effet du type de mouvement relatif entre l’observateur et l’environnement. Gibson montre alors que l’homme utilise le flux optique pour obtenir des informations comme la direction de son déplacement, sa vitesse propre ou encore le temps restant avant le contact avec un obstacle. Par exemple dans le cas simple d’un déplacement vers l’avant (flux radial Figure 29), les directions de tous les vecteurs de mouvement se croisent en un point remarquable appelé foyer d’expansion, que l’on interprète dans ce cas comme la direction du déplacement. Ces indices de mouvement sont faciles à interpréter lorsque les yeux sont immobiles. Toutefois, cette situation reste très rare. Et le champ de vitesses formé sur la rétine devient alors la composition du champ de vitesses dû au mouvement de la tête relativement à l’environnement et du champ de vitesses induit par le mouvement de l’œil par rapport à la tête. Le champ alors obtenu est appelé flux rétinien, dont l’interprétation est beaucoup plus complexe que celle du flux optique. La Figure 30 donne des exemples de structures de flux rétiniens. 

Structure du flux optique

Pour mieux comprendre la structure du flux optique, et donc les informations qu’il est possible d’en retirer, nous allons voir qu’il est possible de le décomposer en « éléments simples ». Comme un mouvement dans l’espace peut se décomposer en un ensemble de translations et de rotations, on peut considérer le flux optique correspondant à ce mouvement comme la composition des flux optiques résultants des translations et rotations composant le mouvement (Longuet-Higgins et Prazdny 1980). De ce fait, en analysant les caractéristiques des flux optiques correspondant à une translation pure ou à une rotation pure, on peut alors déterminer les caractéristiques du mouvement global. Dans le cas d’une rotation pure (Figure 31.a), l’image rétinienne tourne autour d’un point (R) correspondant à l’intersection de l’axe de rotation avec la rétine. La vitesse angulaire de cette rotation de l’image rétinienne correspond alors simplement à la vitesse de rotation du mouvement. Dans le cas particulier où l’axe de rotation est vertical, le mouvement sur la rétine est uniforme, c’est-à-dire que tous les points de l’image ont la même vitesse angulaire. Dans le cas d’une translation pure (Figure 31.b), le flux optique possède une disposition radiale (comme dans la Figure 29) dont le pôle (Q) correspond à l’intersection de la direction de translation avec la rétine. Les vitesses des points de l’image rétinienne « fuient » ce pôle, qu’on appelle foyer d’expansion. De plus, la distribution des vitesses autour de ce foyer d’expansion va dépendre de la structure de l’environnement. De façon générale, plus un objet sera proche et plus sa vitesse sur l’image rétinienne sera importante. Et pour des objets situés à la même distance, plus leur excentricité par rapport à l’axe optique sera grande, et plus leur vitesse sur l’image rétinienne sera grande également.

 Flux optique et vitesse perçue Ambiguïtés du flux optique

Avant d’étudier la façon dont l’être humain traite le flux optique pour en tirer une information de vitesse, il convient de faire état des ambiguïtés qu’il présente. Tout d’abord, le flux optique ne permet pas de savoir si c’est le sujet qui se déplace dans l’environnement, ou si c’est l’environnement qui se déplace par rapport au sujet. On voit donc qu’il ne permet pas de répondre à la question pourtant simple : « Suis-je en mouvement ? ». Cette ambiguïté a souvent été mise en avant pour apporter une forme de validité aux simulateurs de conduite statiques. Une autre ambiguïté du flux optique est celle concernant l’indétermination de la composante de la vitesse en profondeur. En effet, le flux optique est uniquement bidimensionnel car il est le résultat d’une projection sur une surface (la rétine). Ainsi, comme le montre la Figure 32, plusieurs vitesses peuvent avoir la même projection sur la rétine et ainsi être interprétées de la même manière.