Quand la réalité virtuelle muscle la performance des boxeurs

Cet article a été publié en exclu­si­vi­té dans notre maga­zine Le 3,14 sur la science et le sport.
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Les Jeux Olym­piques de 2024 arrivent à grands pas et il n’y a pas que la ville de Paris qui se pré­pare… la science s’y met aus­si ! Chez Inria Rennes, nous menons des recherches avec l’é­quipe olym­pique de boxe et son entraî­neur : dans le cadre du pro­jet REVEA¹, nous cher­chons à déter­mi­ner com­ment la réa­li­té vir­tuelle peut aider l’équipe à tra­vailler sur cer­taines « sous-com­pé­tences » à amé­lio­rer comme la vitesse, la coor­di­na­tion motrice et la mus­cu­la­tion, pour n’en citer que quelques-unes. Contrai­re­ment à ce que l’on pour­rait attendre, notre sys­tème de réa­li­té vir­tuelle ne vise pas à repro­duire un match ou une com­pé­ti­tion réelle, mais plu­tôt à iden­ti­fier une sous-com­pé­tence spé­ci­fique et à l’améliorer dans une situa­tion de com­bat ciblée. Dans le cas de la boxe, la sous-com­pé­tence que nous cher­chons à entrai­ner est la capa­ci­té à anti­ci­per les attaques de l’adversaire.

Sans réa­li­té vir­tuelle, deux boxeurs doivent com­battre face à face, l’un d’entre eux étant invi­té à repro­duire des attaques-type, afin d’analyser le com­por­te­ment de l’opposant.  Il est cepen­dant très dif­fi­cile de contrô­ler et de repro­duire fidè­le­ment les situa­tions d’un essai à l’autre. Cette approche limite aus­si inévi­ta­ble­ment le temps d’en­traî­ne­ment car un tel exer­cice est phy­si­que­ment exi­geant – de vrais coups de poing sont échan­gés et encais­sés. Dans la réa­li­té vir­tuelle, ce type d’en­traî­ne­ment peut être réa­li­sé avec notre ava­tar et un adver­saire vir­tuel sans risque de se bles­ser. Il offre aus­si une gamme de sti­mu­li qui va au-delà de la réa­li­té : nous pou­vons jouer sur les per­cep­tions visuelles et audi­tives ou encore affron­ter un adver­saire aux capa­ci­tés extra­or­di­naires afin de repous­ser les limites de l’entrainement traditionnel. 

À cette fin, notre équipe a déve­lop­pé un simu­la­teur en réa­li­té vir­tuelle, qui uti­lise les mesures tri­di­men­sion­nelles des mou­ve­ments de boxeurs pro­fes­sion­nels obte­nues à l’aide de dis­po­si­tifs de cap­ture de mou­ve­ments (via la pla­te­forme Immer­move ins­tal­lée au labo­ra­toire M2S). Ces don­nées, qui com­prennent, par exemple, de légers mou­ve­ments anti­ci­pa­toires de la frappe, comme un mou­ve­ment de hanche, sont ensuite trans­po­sées sur des humains vir­tuels dont les mor­pho­lo­gies peuvent être dif­fé­rentes. Le boxeur peut alors visua­li­ser son adver­saire repré­sen­té par son ava­tar et affi­ché dans un casque de réa­li­té vir­tuelle. En tant que cher­cheurs, nous obser­vons alors les réac­tions du boxeur à dif­fé­rents types de frappes, et s’il est sen­sible à ces légers mou­ve­ments anti­ci­pa­toires per­çus sur l’adversaire. Ces obser­va­tions peuvent être quan­ti­fiées, par exemple, par des taux de réus­site ou des temps de réac­tion, afin de créer une sorte de car­to­gra­phie de la per­for­mance anti­ci­pa­toire du boxeur.

Le pro­gramme d’entrainement com­prend la pré­pa­ra­tion phy­sique, la pré­pa­ra­tion men­tale, la pré­pa­ra­tion tech­nique… et des séances en réa­li­té virtuelle !

En plus de son appli­ca­tion à la boxe, nous avons uti­li­sé notre approche pour accom­pa­gner l’entrainement des gar­diens de but du Stade Ren­nais Foot­ball Club. Notre sys­tème de réa­li­té vir­tuelle les a entraî­nés à ne pas se foca­li­ser sur le joueur qui a le bal­lon, mais à mieux gérer l’information dis­po­nible en vision péri­phé­rique. En effet, si l’attaquant fait une passe à la der­nière seconde à quel­qu’un de l’autre côté du but, les gar­diens ne décou­vri­ront la situa­tion que trop tard et n’au­ront peut-être pas le temps de réagir. 

Notre recherche est très appli­quée : notre objec­tif est de ser­vir les équipes olym­piques afin qu’elles soient prêtes pour « Paris 2024 ». En effet, réflé­chir à la manière d’inclure ces tech­no­lo­gies dans le quo­ti­dien des ath­lètes est une des exi­gences du monde spor­tif. Nous nous sommes ain­si posé les ques­tions sui­vantes : quelle lon­gueur d’en­traî­ne­ment doit-on effec­tuer avec ce type de tech­no­lo­gie ? À quel moment de la jour­née et  à quel moment dans le pro­gramme d’entrainement ? Quelle devrait être la durée d’une séance-type ? Avec qui devrions-nous nous entraî­ner – les espoirs olym­piques ou tous les ath­lètes – et à quelle fré­quence ? Notre démarche s’inscrit dans un pro­gramme d’entrainement plus vaste, déci­dé par l’entraîneur, qui com­prend de la pré­pa­ra­tion phy­sique, de la pré­pa­ra­tion men­tale, de la pré­pa­ra­tion tech­nique… en plus de ces séances en réa­li­té virtuelle.

Nous avons mis notre sys­tème à la dis­po­si­tion du centre d’en­traî­ne­ment de l’é­quipe olym­pique et des scien­ti­fiques de l’INSEP tra­vaillant avec la Fédé­ra­tion Fran­çaise de Boxe. De ce fait, nous conti­nuons de le déve­lop­per et de le rendre plus effi­cace grâce aux retours que nous font ath­lètes et entraî­neurs. Par exemple, dans notre pre­mière ver­sion, l’ad­ver­saire fai­sait trop de mou­ve­ments répé­ti­tifs, ce qui nui­sait au réa­lisme de la situa­tion. Il y a aus­si la ques­tion de l’a­mé­lio­ra­tion de l’é­qui­pe­ment uti­li­sé pour l’entrainement en réa­li­té vir­tuelle. Les casques immer­sifs doivent-ils être grand angle ou non ? Des cap­teurs sur les mains sont-ils suf­fi­sants ou faut-il pré­voir des cap­teurs sur l’en­semble du corps ? 

Nous dis­po­sons d’une pla­te­forme logi­cielle qui se fonde sur un outil com­mer­cial appe­lé Uni­ty, tra­di­tion­nel­le­ment employé pour l’é­la­bo­ra­tion des jeux vidéo. Elle charge un envi­ron­ne­ment tri­di­men­sion­nel – dans notre cas, un ring de boxe – ain­si que des humains vir­tuels et leurs mou­ve­ments. Nous écri­vons un scé­na­rio dans lequel les mou­ve­ments des humains vir­tuels sont sto­ckés dans des « librai­ries de mou­ve­ments » que nous rejouons. Il y a ensuite des algo­rithmes qui sont liés au contrôle de mou­ve­ment des ava­tars. Tous ces élé­ments nous four­nissent l’en­semble des métriques nous per­met­tant de mesu­rer les temps de réac­tion et les capa­ci­tés d’an­ti­ci­pa­tion des boxeurs. 

Nous avons éga­le­ment com­men­cé à tra­vailler sur l’in­tel­li­gence arti­fi­cielle, les réseaux neu­ro­naux et l’ap­pren­tis­sage pro­fond par ren­for­ce­ment pour amé­lio­rer le com­por­te­ment des oppo­sants vir­tuels. Cette par­tie de la tech­no­lo­gie n’est pas encore mûre, mais les pre­miers résul­tats montrent qu’il est pos­sible de repro­duire des com­por­te­ments d’interactions com­plexes entre deux boxeurs, avec très peu d’observations de com­bats réels. En pous­sant cette approche à ses limites, nous pour­rions envi­sa­ger de simu­ler la ges­tuelle et la stra­té­gie d’un boxeur en par­ti­cu­lier à par­tir de quelques séquences vidéo de ses com­bats précédents.

Propos recueillis par Isabelle Dumé 

Pour aller plus loin :

• http://​kino​vis​.inria​.fr/
• https://​www​.inria​.fr/​f​r​/​d​e​c​o​u​v​r​e​z​-​l​a​-​p​l​a​t​e​-​f​o​r​m​e​-​d​-​e​x​p​e​r​i​m​e​n​t​a​t​i​o​n​-​i​m​m​e​rstar
• http://​m2s​lab​.com/
• https://​team​.inria​.fr/​m​i​m​etic/
• https://​hal​.inria​.fr/​h​a​l​-​0​3​6​5​6​204v1
• https://​hal​.inria​.fr/​h​a​l​-​0​3​4​4​0​562v1
• https://​hal​.inria​.fr/​i​n​r​i​a​-​0​0​5​3​6​605v1
• https://​scien​ces2024​.poly​tech​nique​.fr/​f​orces