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DCom - 13/09/2019

Comprendre le mouvement humain pour mieux le simuler

L'équipe Mimetic enregistre les gestes sportifs avec des capteurs © Inria / Photo C. Morel

Rien ne destinait Franck Multon, informaticien de formation, à intégrer une équipe de biomécanique et à devenir professeur dans le domaine du sport. Ce spécialiste de la modélisation a pourtant fait de son équipe MIMETIC une pionnière dans l’utilisation de la réalité virtuelle pour l’analyse du mouvement humain et l’amélioration de la performance motrice. Une belle histoire comme Inria sait les faire éclore !

Modéliser le comportement du corps humain et obtenir un rendu des mouvements aussi naturel que possible : pour Franck Multon, l’aventure commence dès 1995, lorsqu’il démarre à Inria Rennes sa thèse en informatique consacrée aux humains virtuels, dans l’équipe du chercheur Bruno Arnaldi. Si les applications classiques se situent plutôt du côté des jeux vidéo et des effets spéciaux, c’est pourtant le laboratoire de STAPS* de l’université Rennes 2 qui le contacte lorsqu’il obtient son doctorat, en 1998. L’équipe, qui étudie la physiologie du sport, s’intéresse à l’analyse du mouvement sportif, un domaine qui présente de nombreux points communs avec les travaux de Franck Multon. Paul Delamarche, directeur du laboratoire "Mouvement, Sport, Santé" (M2S), lui propose un poste d’Ater** d’un an, pour tester de quelle manière cet informaticien peut s’intégrer dans l’équipe. Un essai transformé l’année suivante, puisqu’il le recrute comme maître de conférences. Il s’agit maintenant pour notre chercheur en informatique non plus seulement de travailler sur l’analyse du mouvement humain mais de l’enseigner : anatomie, physiologie, fonctionnement du contrôle moteur… Des domaines abordés pendant sa thèse mais dans lesquels il lui faut monter en compétence. Cet apprentissage est reconnu en 2006 lorsqu’il présente son HDR*** en informatique et obtient la double qualification en informatique et STAPS, puis devient professeur d’université en STAPS en 2007.

Une multidisciplinarité essentielle

Le tournant vers Inria se fait en 2010. En tant que collaborateur extérieur, Franck Multon n’a jamais cessé de travailler avec Inria et son équipe Bunraku sur des problématiques de mannequins numériques et de réalité virtuelle (VR). L’idée qu’il y a là quelque chose à apporter au sport devient une évidence. Alors que l’équipe Bunraku s’arrête , une partie de ses chercheurs décide de poursuivre les travaux sur l’analyse et la simulation du mouvement humain. MIMETIC, équipe commune à Inria, l’ENS Rennes et le laboratoire de STAPS des Universités Rennes 1 et 2  est alors créée, et Franck Multon en prend la direction. C’est à ce jour la seule équipe Inria commune entre un laboratoire de STAPS et un laboratoire d’informatique : « C’est notre richesse. Il n’y a qu’en passant par Inria qu’on pouvait réussir cela » , s’enthousiasme le chercheur pour qui « appartenir à la même équipe plutôt que collaborer change complètement la donne. »

Analyse du mouvement, simulation d’humains virtuels et pratique du sport en réalité virtuelle : MIMETIC s’appuie sur ces trois piliers, avec d’importantes collaborations nationales et internationales dans chacun de ces domaines. Les applications développées vont de la rééducation fonctionnelle à la production audiovisuelle, en passant par l’ergonomie du poste de travail pour éviter les troubles musculosquelettiques. Au début des années 2000, l’équipe est pionnière de l’utilisation de la VR pour l’entraînement sportif et elle gagne rapidement en visibilité internationale. Au point qu’en 2012, le MIT (Massachusetts Institute of Technology ) sollicitera plusieurs de ses membres pour être rédacteurs en chef d’un numéro spécial consacré à ce sujet.

Améliorer la performance motrice

Comment simuler l’opposition ou la collaboration entre deux joueurs, faite de multiples variables ? Utiliser la VR pour l’entrainement est un défi ! S’inspirant des travaux de Benoît Bardy, spécialiste en sciences de l’éducation dans le sport à l’université de Montpellier, MIMETIC cherche à entraîner les compétences motrices et perceptives via le virtuel. Mais sans chercher à reproduire exactement la situation complexe réelle, notamment parce que les sensations et les forces de contact sont très difficiles à modéliser. Plutôt que de chercher l’hyperréalisme, l’ambition consiste plutôt à identifier les différentes phases de la confrontation entre les deux joueurs et à tout mettre en œuvre pour les transposer en VR.

C’est là que les connaissances d’origine de Franck Multon en conception d’humains virtuels entrent en jeu. En simulant l’un des deux sportifs, il est possible de simplifier le problème puisqu’on contrôle totalement l’un des deux protagonistes. En rugby par exemple, lorsqu’un joueur veut attaquer l’adversaire qui a le ballon, celui-ci va tenter de ruser pour le passer à un autre joueur. L’attaquant doit donc être capable d’interpréter le mouvement de son opposant pour réussir à l’anticiper et à intercepter le ballon. En partenariat avec Queen’s University Belfast, MIMETIC a développé un outil qui permet de transposer cette situation en réalité virtuelle. La ligue de rugby irlandaise s’est ainsi entraînée avec des casques de VR pendant plusieurs années. C’est également le cas, plus récemment, des gardiens du Stade rennais football club qui travaillent avec cet outil à améliorer leur analyse du jeu en temps réel et apprennent ainsi à mieux anticiper les mouvements de l’adversaire.

Pas question cependant de tomber dans le biais du jeu vidéo où la "gamification" s’affranchit de la plausibilité des mouvements. L’entraînement virtuel doit se traduire par un gain de compétences sur le terrain. Un transfert complexe car il nécessite un équipement adapté à base de capteurs et de VR, une bonne qualité de simulation, et un joueur impliqué ! Des conditions qui sont d’autant plus difficiles à réunir que la brièveté des carrières, les matchs fréquents et les transferts entre clubs ne sont pas propres à harmoniser les temps du scientifique et du sportif. Ce dernier est cependant le meilleur ambassadeur  de la VR en entraînement auprès de ses collègues et de ses adversaires.

Des moyens à la hauteur des ambitions

Parce que l’utilisation de la VR par les sportifs est un enjeu majeur, Franck Multon est détaché, depuis 2018, en tant que directeur de recherche Inria pour coordonner les actions de l’institut dans le domaine du sport, avec les JOP (Jeux olympiques et paralympiques) de Paris 2024 en ligne de mire. Plusieurs projets sont en cours de dépôt dans le cadre du Programme prioritaire de recherche (PPR) lancé par le ministère des Sports et celui de la Recherche, pour encourager les collaborations entre sportifs de haut niveau et chercheurs. On peut notamment citer Sciences 2024 , porté par l’École polytechnique auquel collabore MIMETIC. D’autre part, l’environnement de travail à Rennes s’avère très favorable à ce type de projets grâce au soutien des collectivités locales qui s’est traduit par la construction d’un gymnase équipé de capteurs entièrement dédié à la recherche, ainsi que de deux salles immersives connectées, parmi les plus grandes du monde. De quoi espérer aussi décrocher quelques médailles bien réelles !
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* STAPS : Sciences et techniques des activités physiques et sportives

** ATER : Attaché temporaire d’enseignement et de recherche

*** HDR : Habilitation à diriger des recherches

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