Contrôle visuel du déplacement en trajectoire courbe : approche sensorimotrice du rôle structurant du flux optique

• Auteur / Autrice : Colas Authié
• Direction : Daniel Mestre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain, Spécialité Contrôle perceptivo-moteur et apprentissage
• Date : Soutenance le 20/10/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Montagne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Mestre, Gilles Montagne, Jacques Droulez, Guillaume Masson, Benoît Bardy, Franck Mars
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Droulez, Guillaume Masson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Processus perceptivomoteurs

Perception visuelle du mouvement

Conduite automobile -- Simulateurs

Mots clés libres

Contrôle du déplacement

Prise de virage

Flux optique

Mouvements du regard

Coordination oeuil-tête

Self-motion control

Curve driving

Optical flow

Gaze movements

Eye-head coordination

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de mettre en évidence le rôle de la direction et du mouvement de la tête et des yeux dans la perception et le contrôle de trajectoires courbes, en référence aux propriétés des flux optiques générés par notre déplacement dans un environnement stable. Nous utilisons deux méthodes expérimentales : une approche comportementale sur simulateur de conduite et une approche psychophysique permettant d'évaluer les capacités d'observateurs humains à percevoir la direction du mouvement propre. Ces méthodes combinées visent à mettre en évidence les effets comportementaux d'une perception active de la direction du mouvement propre. L'introduction dresse l'état de la recherche sur les informations disponibles et les stratégies perceptives impliquées dans la prise de virage en conduite automobile. Ainsi, l'accent est à la fois mis sur le rôle du point de corde (dans le cas étudié d'un déplacement sur une route délimitée) et plus généralement sur le rôle du flux optique (description de la transformation apparente de l'environnement visuel lors du déplacement), soulignant notre capacité à interpréter spatialement le mouvement, mais aussi le caractère indissociable de la motricité et de la perception. Nous abordons ensuite le rôle des mouvements combinés des yeux et de la tête, dans une perspective fonctionnelle du contrôle du mouvement.Dans un premier chapitre expérimental, nous analysons les mouvements d'orientation de la tête lors de la prise de virage en conduite simulée. Nous montrons que les mouvements de la tête sont indépendants de la manipulation du volant et qu'ils participent activement à l'orientation du regard vers le point de corde. Dans un second chapitre expérimental, nous nous attachons à décrire les mouvements combinés des yeux et de la tête, en lien avec la géométrie de l'environnement routier. Dans une troisième partie, nous analysons plus finement le comportement du regard en lien avec la direction du point de corde et la vitesse locale du flux optique. Nous montrons à la fois que le point de corde correspond à un minimum local de vitesse optique et que la composante globale du flux optique induit un nystagmus optocinétique systématique. Enfin, lors d'une quatrième étude psychophysique, nous nous attachons à décrire finement l'effet de la variation de la direction du regard sur la discrimination de la direction du mouvement propre. Nous montrons que les seuils de discrimination de trajectoire sont minimaux lorsque le regard est orienté vers une zone de vitesse de flux minimal. Nous proposons finalement un modèle de détection de la trajectoire, basé sur une fraction de Weber des vitesses de flux fovéales, qui prédit très précisément les seuils expérimentaux. Les stratégies observées d'orientation du regard (combinaison des mouvements des yeux et de la tête) vers le point de corde sont compatibles avec une sélection optimale de l'information présente dans le flux optique.

The main purpose of this dissertation is to determine the role of the direction and movement of the eyes and the head in the perception and control of self-motion in curved trajectories, with respect to the properties of the optical flows generated in a stable environment. To do so, we used two experimental methods: a psychophysical approach which allows to assess human observers' ability to perceive the direction of self-motion; and a behavior-based approach on a driving simulator. The two methods combined should help to highlight active perception of self-motion.The introduction reviews the current knowledge of perceptuo-motor strategies during curve driving. In this context, we put a stress on both (1.) the particular role of the tangent point -- in the driving situation on a delimited road, and on the role of the optic flow in general (apparent transformation of the optic array during self-motion), emphasizing the capability of humans to spatially interpret the movement; and (2.) on the duality between movement and perception. We then address the role of head-and-eye combined movements, in a functional perspective of the control of self-motion. In a first experimental section, we analyze the oriented movements of the head in simulated curve driving. We demonstrate that head movements are independent from the handling of the steering wheel, and that they actively participate in the gaze orientation toward the tangent point.In a second experimental section, we set out to describe the combined movements of head and eyes, with respect to the geometry of the road environment. In a third section, we analyze in more details gaze behavior as a function of the tangent point direction and of the local speed of optical flow. We demonstrate that the tangent point corresponds to a local minimum of optic flow speed and that the global component of the optic flow induces a systematic optokinetic nystagmus. In a fourth section involving a psychophysical study, we scrutinize the effect of varying gaze direction on the discrimination of the direction of self-motion. We show that the trajectory discrimination thresholds are minimal when the gaze is oriented toward an area of minimum flow speed. We finally propose a model of trajectory change detection, relying on a Weber fraction of foveal flow speeds, predicting the experimental thresholds very precisely. The gaze orientation strategies we have observed (combination of head and eye movements) toward the tangent point are compatible with this model and with the hypothesis of an active an optimal selection of the information contained in the optical flow.