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La perception de l'orientation et de la posture nécessite l'intégration de sources multiples : le système vestibulaire (canaux semi-circulaires pour la vitesse angulaire, otolithes pour la gravité et l'inclinaison), la vision (flux optique de rotation, ligne d'horizon) et la proprioception (position relative des segments du corps). Le résultat est une estimation continue de lorientation 3D du corps.

La représentation mathématique de l'orientation 3D nécessite trois paramètres. Les angles d'Euler (, , ) sont intuitifs mais souffrent de singularités (cardan lock) lorsque = ±90°. Les quaternions (q, 4 paramètres avec contrainte |q| = 1) évitent les singularités et sont efficaces en termes de calcul : ils sont le standard en robotique et en aéronautique.

L'intégration de vitesse angulaire (gyroscope ou canaux semi-circulaires) accumule la dérive : _ t. Le bruit d'un gyroscope MEMS typique (_ 10³ rad/s/Hz) produit une dérive de ~0,06°/s. Les systèmes biologiques corrigent cette dérive grâce à la vision (_vis) et à la gravité otolithique : le filtre complémentaire combine la précision à court terme du gyroscope avec la référence à long terme de la gravité.

Le flux optique rotationnel pur génère un champ de vitesse sur la rétine qui dépend uniquement de , et non de la distance aux objets. Le système visuel peut décomposer le flux optique total en composants de rotation (informant l'orientation angulaire) et de translation (informant la distance), un processus mis en uvre dans la zone visuelle MST des primates.

L'illusion somato-gravitationnelle se produit lorsqu'une accélération linéaire (lors d'une manuvre d'avion, par exemple) est interprétée à tort comme une inclinaison, car l'otricule ne peut pas distinguer a_lin de g·sin(). Cela amène les pilotes sans référence visuelle à percevoir qu'ils sont inclinés lorsqu'ils sont en vol horizontal rectiligne avec accélération.

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