Quelques observations sur l'intégration visuelle des trois dimensions de l'espace - article ; n°2 ; vol.70, pg 377-389

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L'année psychologique - Année 1970 - Volume 70 - Numéro 2 - Pages 377-389
Résumé
Des blocs de bois variant en largeur, hauteur et profondeur sont présentés durant 250 ms, de face et de biais avec des angles de 10, 20 et 30 degrés par rapport au plan frontal; quinze sujets estiment la grandeur de chaque dimension au moyen d'un jugement catégoriel sur une échelle à 5 points. Il apparaît que seule la transmission de la profondeur est influencée par l'orientation des blocs, l'évaluation d'une face ne se détériorant qu'en très forte perspective. Par ailleurs, les trois dimensions sont identifiées de manière largement indépendante. Toutefois, le jugement sur la profondeur est influencé par la hauteur et surtout la largeur, mais seulement lorsque la face antérieure est orientée, soit dans le plan frontal, soit fortement de biais. Ces observations sont interprétées en termes de confrontation et d'équilibration perceptives des trois dimensions spatiales.
Summary
Some wooden blocks, varying in width, height and depth, are presented during 250 ms, abreast and sideways with angles of 10, 20, and 30 degrees from the frontal plan ; 15 subjects with clinically normal vision estimate the size of each dimension, by means of a categorical judgment on a five points scale. It appears that only the transmission of the depth is influenced by the orientation of the blocks, the evaluation of the size of a face being affected only by a very oblique perspective. Moreover, the three dimensions are very independently identified. However, the judgment of depth is influenced by the height and even more by the width, but only when the foreface is orientee either in the frontal plan or very obliquely. These observations are interpreted in terms of perceptual confrontation and equilibration of the three spacial dimensions.
13 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : jeudi 1 janvier 1970
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J. Gostermans
Michel Hupet
Quelques observations sur l'intégration visuelle des trois
dimensions de l'espace
In: L'année psychologique. 1970 vol. 70, n°2. pp. 377-389.
Résumé
Des blocs de bois variant en largeur, hauteur et profondeur sont présentés durant 250 ms, de face et de biais avec des angles de
10, 20 et 30 degrés par rapport au plan frontal; quinze sujets estiment la grandeur de chaque dimension au moyen d'un jugement
catégoriel sur une échelle à 5 points. Il apparaît que seule la transmission de la profondeur est influencée par l'orientation des
blocs, l'évaluation d'une face ne se détériorant qu'en très forte perspective. Par ailleurs, les trois dimensions sont identifiées de
manière largement indépendante. Toutefois, le jugement sur la profondeur est influencé par la hauteur et surtout la largeur, mais
seulement lorsque la face antérieure est orientée, soit dans le plan frontal, soit fortement de biais. Ces observations sont
interprétées en termes de confrontation et d'équilibration perceptives des trois dimensions spatiales.
Abstract
Summary
Some wooden blocks, varying in width, height and depth, are presented during 250 ms, abreast and sideways with angles of 10,
20, and 30 degrees from the frontal plan ; 15 subjects with clinically normal vision estimate the size of each dimension, by means
of a categorical judgment on a five points scale. It appears that only the transmission of the depth is influenced by the orientation
of the blocks, the evaluation of the size of a face being affected only by a very oblique perspective. Moreover, the three
dimensions are very independently identified. However, the judgment of depth is influenced by the height and even more by the
width, but only when the foreface is orientee either in the frontal plan or very obliquely. These observations are interpreted in
terms of perceptual confrontation and equilibration of the three spacial dimensions.
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Gostermans J., Hupet Michel. Quelques observations sur l'intégration visuelle des trois dimensions de l'espace. In: L'année
psychologique. 1970 vol. 70, n°2. pp. 377-389.
doi : 10.3406/psy.1970.27903
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1970_num_70_2_27903Centre de Psychologie expérimentale et comparée
de l'Université de Louvain
QUELQUES OBSERVATIONS
SUR L'INTÉGRATION VISUELLE
DES TROIS DIMENSIONS DE L'ESPACE
par J. Gostermans et M. Hupet1
SUMMARY
Some wooden blocks, varying in width, height and depth, are presented
during 250 ms, abreast and sideways with angles of 10, 20, and 30 degrees
from the frontal plan ; 15 subjects with clinically normal vision estimate
the size of each dimension, by means of a categorical judgment on a five
points scale. It appears that only the transmission of the depth is influenced
by the orientation of the blocks, the evaluation of the size of a face being
affected only by a very oblique perspective. Moreover, the three dimensions
are very independently identified. However, the judgment of depth is
influenced by the height and even more by the width, but only when the
foreface is oriented either in the frontal plan or very obliquely. These obser
vations are interpreted in terms of perceptual confrontation and equilibration
of the three spacial dimensions.
La perception visuelle de configurations tridimensionnelles
a fait l'objet de nombreux travaux ; parmi les publications de
ces dernières années, citons Blank (1958), Gibis et Gerathewohl
(1957), Smith (1959), Ittelson (1960), Brousse et Paul (1964),
Ogle (1964).
Il apparaît que la plupart des observations réunies dans ce
1. Ce travail a été réalisé avec le concours du Fonds national belge de
la Recherche scientifique. MÉMOIRES ORIGINAUX 378
domaine portent sur la perception de la profondeur. La question
de savoir à quelles conditions et dans quelles limites le sujet
perçoit la « troisième dimension » — considérée dès lors comme
une dimension spatiale isolée, indépendamment des autres —
n'épuise pas la question de savoir comment il intègre les trois
dimensions de l'espace dans une perception organisée de la tridi-
mensionnalité. Posé en ces termes, le problème exige que la
profondeur ne soit pas étudiée indépendamment de la largeur
et de la hauteur, et que les interactions éventuelles dans la
perception de ces trois dimensions soient examinées. Par ailleurs,
bien qu'on les emploie facilement sans discernement, des termes
comme profondeur, distance, relief et perspective, ne sont pas
exactement synonymes. Parlant de la perception de la profondeur,
la plupart des auteurs décrivent essentiellement la manière dont
s'effectuent les localisations spatiales d'objets distincts ; mais
si la profondeur peut signifier la distance qui sépare un observa
teur d'un objet, ou qui sépare des objets situés dans des plans
différents, elle peut également exprimer une dimension de la
structure propre de ces objets (Mefferd et Wieland, 1967). La
perception tridimensionnelle ne se résume donc pas à la percep
tion de la profondeur, et celle-ci ne se résume pas à une simple
estimation de distance. Il s'agit d'une structure perceptive
complexe, qui s'établit dans des conditions que de trop rares
travaux ont tenté de décrire (Hochberg et Brooks, 1960).
La présente recherche concerne la perception de configura
tions réellement tridimensionnelles (et non pas leurs projections
sur un plan) diversement orientées dans l'espace par rapport
à l'observateur ; d'autre part, le problème est abordé par la
théorie de l'information, en raison des possibilités qu'elle offre
dans l'analyse des résultats. On a utilisé comme stimuli des
blocs de bois se différenciant par la largeur, la hauteur et la
profondeur, de manière à répartir l'information émise dans trois
directions : de gauche à droite, de haut en bas, du proche au
lointain. Le sujet fournit une triple réponse, estimant la valeur
de chaque dimension au moyen d'un jugement catégoriel. En
considérant les réponses en fonction des stimuli dans chaque
dimension, on calculera l'information transmise chacun
des trois canaux. Les relations entre certains canaux seront ensuite
examinées sous la forme de transmissions croisées et d'interac
tions, calculées en considérant les réponses dans une dimens
ion — surtout la profondeur — en fonction des stimuli dans les J. COSTERMANS ET M. HUPET 379
autres. Pour diverses orientations spatiales, on pourra donc éta
blir quelles sont les dimensions les mieux identifiées ; on pourra
saisir également dans quelle mesure l'identification de la profon
deur est influencée par la largeur et la hauteur des objets.
I. — DÉROULEMENT DES EXPÉRIENCES
Le matériel employé comprend une série de blocs (hexaèdres à angles
droits), tous taillés dans le même bois de hêtre qui permet de réaliser
des contours sans bavures ; on leur a laissé leur couleur naturelle, d'un
brun clair assez uniforme. Chaque dimension de ces blocs peut prendre
cinq valeurs, allant de 1 à 5 cm ; en réalisant toutes les combinaisons
possibles de manière à tenir les dimensions indépendantes, on a une
série de 125 blocs différents. Cinq éventualités équiprobables donnent
lieu à une information émise de 2,32 bits par dimension. Cette valeur
est inférieure à la capacité du canal humain dans l'identification d'une
dimension spatiale isolée présentée dans des conditions optimales
(Hake et Garner, 1951) ; mais il apparaîtra plus loin que dans les condi
tions de la présente expérience cette information n'est jamais intégra
lement assimilée.
Les blocs sont placés à hauteur des yeux du sujet. La face antérieure
est présentée dans le plan frontal, mais aussi avec un angle de 10,
20 et 30 degrés à droite par rapport à cette position frontale. Le temps
d'inspection est de 250 ms ; il est contrôlé au moyen d'un tachistoscope
électronique à deux canaux, permettant la vision binoculaire directe
dans un bon niveau d'éclairement.
Les sujets sont au nombre de 15 : 8 sujets masculins et 7 sujets
féminins, de 18 à 24 ans, tous inscrits à l'université dans diverses disci
plines, et dotés d'une vue cliniquement satisfaisante. La tâche du sujet
consiste à identifier chaque stimulus en exprimant par écrit son juge
ment sous la forme d'un nombre de trois chiffres de 1 à 5, relatifs re
spectivement à la largeur, à la hauteur et à la profondeur du bloc pré
senté ; il peut les noter dans l'ordre de son choix. La réponse ne prend
donc pas la forme d'un jugement d'égalité ou de différence, mais d'un
triple jugement absolu, ou, mieux, catégoriel.
On a prévu pour chaque sujet une séance d'exercices qui lui permette
de se familiariser avec la tâche et surtout d'apprendre les répertoires
utilisés ; pour cela, on lui présente plusieurs fois les cinq cubes (111,
222, 333, 444, 555) figurant dans la série de 125 blocs. Ensuite, dans
chacune des quatre orientations, chaque sujet voit deux fois la série
complète dans un ordre aléatoire. Les résultats reposent ainsi sur un
total de 3 750 observations par dimension dans chaque orientation.
On a veillé à permuter l'ordre de celles-ci pour neutraliser d'éventuels
effets sériels. 380 MEMOIRES ORIGINAUX
IL RÉSULTATS
Un premier dépouillement statistique des observations recueill
ies fournit, dans chaque orientation, le pourcentage de réponses
correctes (sur 3 750), d'abord pour les trois dimensions réunies
(c'est-à-dire le pourcentage de fois que les sujets ont identifié
correctement les trois dimensions d'un même bloc), puis pour
chacune envisagée séparément (tableau I). Ces pourcentages ont
été corrigés pour le hasard.
TABLEAU I
Pourcentages de réponses correctes
0° 10° 20° 30°
Toutes dimensions 6,55 29,37 49,38 53,93
Largeur 87,46 87,43 89,20 88,77
Hauteur 84,67 84,73 86,23 85,90
Profondeur 12,83 40,00 61,40 66,30
Quand les blocs sont vus de face, il apparaît que la profondeur
reste perçue correctement dans 12,83 % des cas. Par ailleurs,
lorsque l'angle croît, il semble bien que ce soit la seule
qui détermine l'allure de la performance globale, à savoir celle
d'une accélération négative ; en effet, les pourcentages relatifs
à la largeur et à la hauteur sont élevés et ne se modifient guère.
Enfin, bien que la performance globale ne dépasse jamais 54 %,
les résultats nous interdisent de supposer que l'exactitude crois
sante des estimations de profondeur soit neutralisée par une
détérioration concomitante des estimations de largeur, bien que
celle-ci soit elle-même progressivement vue en perspective.
Le traitement des résultats par la théorie de l'information
permettra de vérifier d'abord ces premières observations, et
d'examiner ensuite dans quelle mesure les estimations des diverses
dimensions sont interdépendantes.
1. Transmissions directes
On a calculé d'abord l'information transmise dans chaque
dimension, sans tenir compte des autres. Désignons par x les
stimuli, par y les réponses ; utilisons les indices /, h et p pour COSTERMANS ET M. HUPET 381 J.
indiquer respectivement la largeur, la hauteur et la profondeur.
Alors T(xt ; yx) exprime la correspondance entre la largeur du
bloc présenté et la largeur fournie comme réponse ; T(xh ; yh)
exprime la correspondance entre la hauteur du stimulus et la
hauteur indiquée dans la réponse ; T(xp ; yp) exprime la corre
spondance entre la profondeur du bloc et la profondeur donnée
dans la réponse. Ces valeurs, calculées par les procédures habi
tuelles à partir de matrices de confusions et corrigées par la
formule de Miller-Madow (Attneave, 1959), sont données dans le
tableau IL Les résultats des quinze sujets ont été rassemblés
dans les mêmes matrices, le calcul de l'information par sujet
ayant fait apparaître qu'il n'en résulte pas de sous-estimation
systématique. Rappelons que l'information émise est de 2,32 bits
par dimension, et donc de 6,96 bits au total.
TABLEAU II
Informations transmises directes
(en bits)
0° 10° 20° 30°
1,87 1,85 1,88 1,89
uh) ... 1,77 1,79 1,81 1,80 T(xh;
0,12 0,68 1,13 1,23 Up) ••• T(xp;
La transmission de la hauteur n'est guère influencée par
l'orientation des blocs. Il se confirme aussi que la largeur n'est
pas moins bien identifiée lorsque les blocs sont disposés en oblique,
du jusqu'à 30 degrés. Que la largeur soit légèrement
mieux transmise que la hauteur rejoint certaines observations
antérieures, qui montrent que le jugement catégoriel est meilleur
dans l'axe horizontal que dans l'axe vertical (Gostermans et al.,
1968) ; cela s'explique peut-être aussi par un plus grand nombre
d'erreurs au niveau de la mémoire sensorielle, la hauteur étant
reproduite en dernier lieu par la plupart des sujets. Enfin, l'i
nformation transmise pour la profondeur augmente considéra
blement dès que le bloc s'écarte de la position frontale, puis
de moins en moins. On s'étonne qu'elle ne soit pas nulle lorsque
les blocs sont vus de face, et l'on peut se demander si pour des
stimuli de faible hauteur certains sujets n'ont pas pu apercevoir
la face supérieure. Mais il se peut aussi qu'en présentation fron- 382 MEMOIRES ORIGINAUX
tale, la profondeur soit déduite avec quelque succès des deux
autres dimensions ; c'est ce que les transmissions croisées per
mettront plus loin d'examiner.
Les blocs sont en fait présentés dans un système de référence
euclidien défini par trois axes rectangulaires que nous avons
jusqu'ici appelés largeur, hauteur et profondeur. Mais, au fur et
à mesure que nous ouvrons vers la droite l'angle de présentation,
i
2/2-
2,0- P
1,8-
/ \ «0
I.,2.
/ / \ \ § 1,0-
Informa
00 p
O> p / \
0,4-
0,2-
des Fig. blocs, 1. pour — Informations les 0 1 / dimensions 10 20 transmises qui, Orientation 30 en position 40 directes (en 50 degrés) frontale, en 60 fonction correspondent 70 80 de l'orientation ^ 90 V respec
tivement à la largeur, la hauteur et la profondeur.
la largeur du bloc devient elle-même une profondeur vue à droite.
Dès lors, pour une orientation non frontale, et nous plaçant au
seul point de vue géométrique, nous avons deux profondeurs,
l'une à gauche, l'autre à droite, présentées sous deux angles J. COSTERMANS ET M. HUPET 383
différents complémentaires. Pour un angle de 45 degrés, la dis
tinction initiale entre largeur et profondeur ne tient plus ; dans
ce cas, sous réserve d'effets éventuels dus à des facteurs de laté
ralité, T(xt ; yt) doit être égal à T(xp ; yv). En généralisant, on
peut considérer que les valeurs de T(xt ; yt) à 0, 10, 20 et 30 degrés
doivent être égales aux de T(xp ; yp) respectivement à 90,
80, 70 et 60 degrés, et que les valeurs de T{xp ; yp) à 0, 10, 20 et
30 degrés doivent être égales aux valeurs de T(xt ; yt) à 90, 80,
70 et 60 degrés. Admettant cette symétrie, et partant des
valeurs expérimentalement déterminées de T(xt ; yt), T(xh ; yh)
et T(xp ; yp), il nous est donc possible de tracer, par ces points,
l'évolution complète de la transmission de chaque dimension
dans toutes les orientations possibles (fig. 1).
Il apparaît ainsi que l'estimation du côté initialement appelé
« profondeur » ne progresse plus guère lorsque cette dimension est
vue en fait comme une largeur ; de même, l'estimation de la
« largeur » ne décline que lorsque la dimension en cause est vue
en forte perspective. L'intérêt de ce graphique est aussi de poser
la question de l'orientation optimale ; la somme des trois info
rmations transmises est maximum pour un angle de 45 degrés,
c'est-à-dire lorsque les deux faces latérales sont symétriques.
2. Transmissions croisées et interactions
Nous devons examiner maintenant quelques-unes des rela
tions qui peuvent exister, sur le plan perceptif, entre ces trois
dimensions. On posera à ce propos trois types de questions :
dans quelle mesure l'identification d'une dimension est-elle
influencée par la valeur présentée simultanément par une autre
dimension ? dans quelle mesure l'identification d'une dimension
est-elle influencée par la combinaison de valeurs que présentent
à ce moment les deux autres ? dans quelle mesure cette combi
naison exerce-t-elle une influence différente de la somme des
influences exercées par les dimensions considérées séparément ?
Y répondre implique respectivement le calcul de transmissions
croisées, simples et multiples, et d'interactions.
On examinera d'abord s'il existe des interférences entre les
deux dimensions de la face antérieure : on calculera T[xl ; yh)
pour quantifier la relation entre la largeur du bloc présenté et le
jugement porté sur sa hauteur, et T(xh ; yt) pour quantifier la
relation entre la hauteur et le jugement de largeur (tableau III, a). 384 MEMOIRES ORIGINAUX
TABLEAU III
Informations transmises croisées et interactions
(en bits)
10° 0° 20° 30°
0,000 0,001 0,013 0,010 a) T(xx ;yh)
0,015 0,011 0,010 0,004 T(xh;yt)
0,058 0,041 0,018 0,031 b) T(xi ;yp)
0,104 0,039 0,019 0,007 T{xh ;yp)
0,290 0,123 0,068 0,142 T(xh xh;yp)
0,128 0,043 0,031 0,104
0,008 0,002 0,000 0,006 c) T(xp ; gt)
0,048 0,021 0,030 0,038 T[xh, xp;yi)
0,022 0,036 0,004 0,019
Les valeurs obtenues sont nulles ou négligeables, ce qui
indique que, dans les conditions de cette expérience, hauteur
et largeur sont identifiées de manière pratiquement indépen
dante.
On s'intéressera davantage à la profondeur. On cherchera
T(X\ ; yv) et T[xh ; yp) pour exprimer les effets respectifs de la
largeur et de la hauteur du bloc sur l'identification de sa pro
fondeur, puis T(xv xh ; yp) pour exprimer l'influence de ces deux
dimensions réunies ; on calculera aussi un terme d'interaction :
Afa î xh ; yp) = T{xv xh ; yv) — T{xx ; yp) — T{xh ; yp)
pour exprimer l'effet propre exercé sur la perception de la
profondeur par la forme particulière que la combinaison d'une
largeur avec une hauteur confère à la face antérieure du st
imulus (tableau III, b).
Bien que les valeurs obtenues ne soient pas très élevées, il
apparaît que la hauteur du bloc influence significativement
la perception de sa profondeur, mais seulement dans la mesure
où le bloc est présenté de face. En ce qui concerne l'influence de
la largeur, on l'observe également en position frontale, mais aussi
lorsque la position est très oblique ; il en va de même pour le terme
d'interaction.
En raison de la symétrie décrite plus haut, ce qu'on appelait
largeur devient profondeur au-delà d'un angle de 45 degrés, et J. COSTERMANS ET M. HUPET 385
inversement ; dès lors, les effets de la hauteur sur la profondeur
deviennent des effets de la hauteur sur la largeur, et les effets de
la largeur sur la profondeur deviennent des effets de la profon-
•130
i
120-
I \
•110-
1
100-
090-
080- 1
070-
I
060-
050-
040-
"""
030- \ J
\ \ 020- i\ /
010-
pour pour pour pour deur même à la Fig. largeur sur 0, 0, 90, 90, position, 2. 10, 10, la — 80, 80, et largeur. 20 Effets 20 la 70 70 et correspond 0 hauteur, et 30 et et des 30 10 On degrés 60 60 dimensions degrés sur degrés peut degrés 20 à la la fournissent Orientation ainsi transmission profondeur. comme 30 ; ; enfin, qui, de considérer 40 même, en des (en les position des 50 de degrés) estimations valeurs la estimations les les 60 dimension frontale, valeurs 70 de A(xh qui, de de correspondent 80 de de T(xh T(xp dans T{xl T{xh ; 90 xp cette ; ; ; ; ; yp) yv) yt) y,) yt)

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