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L’imagerie informatique dans l’amélioration des performances sportives englobe l’ensemble des techniques pour produire, traiter et indexer des images numériques dans le but d’optimiser les techniques d’entraînement, l’équipement et l’assistance médicale offerts pour améliorer les résultats des athlètes dans le domaine sportif.

Avec l’apparition de jeux sportifs et de compétitions comme les Jeux olympiques en Grèce antique et la pratique du bateau-dragon datant de 2000 ans en Chine, le désir d’améliorer les résultats des athlètes concentre des innovations suivant les différentes ères de l’histoire de l’homme pour continuellement tenter de battre le record du moment.

La démocratisation de l’ordinateur et l’apparition de la souris comme premier capteur de mouvement dans les années 1980 ouvrent la porte au développement de nouvelles techniques de capture de mouvement et d’imagerie informatique dans le domaine de la science sportive. Ainsi, depuis une vingtaine d’années, plusieurs domaines sportifs intègrent de plus en plus les technologies de l’information dans l’environnement de leurs athlètes pour améliorer leurs résultats en compétition.

Les techniques d’imagerie informatique, comme la modélisation tridimensionnelle et la réalité virtuelle, sont présentes dans l’analyse de la biomécanique, l’entraînement, la conception d’équipements et la santé sportive de l’athlète professionnel.

L’analyse tridimensionnelle du mouvement par imagerie informatique

L’analyse tridimensionnelle du mouvement consiste en l’utilisation d’un logiciel d’imagerie recréant une représentation tridimensionnelle du mouvement d’un corps où des marqueurs réfléchissants placés sur des points de repère permettent la capture de l’information désirée.

Cette pratique est utilisée dans le domaine sportif professionnel, tel que le basketball et le golf pour documenter le progrès d’un athlète et comparer les joueurs. Elle vise aussi à augmenter la performance d’un athlète, par exemple travailler à minimiser le temps d’action tout en maximisant la vitesse de la balle pour un joueur de tennis, ainsi qu’à diminuer le risque de blessures sportives.

Frank Multon, responsable de l’équipe de recherche MimeTIC dans le design de nouvelles méthodes d’interactions et de comportements réalistes pour un humain utilisant la réalité virtuelle , travaille sur le développement de modèles muscosquelettiques dans le but d’estimer des contraintes physiques du corps humain et d’observer des muscles habituellement non observables directement. Il décrit le sportif comme un être qui « cherche toujours à se dépasser, à mieux performer, en prenant le risque de subir des troubles musculo-squelettiques. »

L’analyse tridimensionnelle du mouvement d’un athlète permet ainsi d’estimer les contraintes biomécaniques de son corps par la mesure du mouvement exécuté pour une technique qui est utilisée. Multon peut ensuite donner des conseils pour limiter les dommages à long terme de l’utilisation fréquente d’une articulation dans une combinaison de mouvement par exemple. La quantification du geste par rapport à la performance résultante pour différentes techniques ou stratégies sportives est un autre type d’approche pour analyser le mouvement d’un athlète.

L’analyse de stratégies de mouvements permet d’obtenir des données pour pouvoir reproduire le geste en simulation dans un environnement virtuel pour comprendre les combinaisons efficaces qui pourront ensuite être transmises aux athlètes concernés.

L’entraînement par réalité virtuelle

L’entraînement par réalité virtuelle utilise la simulation des gestes suivant l’analyse du mouvement tridimensionnel pour faire interagir l’univers virtuel avec les données d’analyse du mouvement captées de l’athlète réel participant à la situation.

Puisqu’il est possible de répéter plusieurs fois une même situation en réalité virtuelle et de modifier les paramètres de l’environnement ou de la complexité de la simulation, cette méthode d’entraînement est utilisée pour l’apprentissage de certaines compétences motrices telles que faire un panier au basketball.

La plus grande problématique que rencontre la plupart des salles d’immersion utilisées dans ces processus est que l’utilisateur à de la difficulté à percevoir les distances en profondeur dans l’environnement virtuel, ce qui limite l’impression de réalité pour l’athlète. Par contre, le développement de périphériques informatiques pour la réalité virtuelle, comme le Oculus Rift, jouant avec le plan focal de l’utilisateur augmente de plus en plus l’impression d’immersion dans l’environnement virtuel.

Un casque Oculus Rift utilisé pour simulé des environnements virtuels dans le but d'immerser visuellement l'utilisateur dans la réalité virtuelle.

Avec les récents développements technologiques au niveau de la réalité virtuelle et la popularité croissante de cette dernière auprès du grand public, plusieurs équipes sportives dans la NBA, la NFL, la LNH ainsi que dans plusieurs programmes sportifs de collèges proposent à leurs joueurs de s’entraîner en réalité virtuelle. En effet, il est de plus en plus difficile de différencier une situation réelle d’une autre simulée en réalité virtuelle.

« You can sit in a chair and take 20 [repetitions] of practice and walk through plays as if you were on a practice field, » dit l’entraîneur-chef de l’équipe de football de l’Université d’Arkansas, Bret Bielema. « It literally changes the dynamic of trying to teach someone on a learning curve in a short amount of time; it allows you to process and learn the game without actually playing. »

Ainsi les athlètes n’ont pas besoin d’aller sur le terrain pour une pratique. Un autre avantage de l’entraînement par réalité virtuelle est la possibilité de modifier des paramètres dans l’environnement pour moduler une pratique contre une équipe adverse.

L’impression tridimensionnelle et l’équipement sportif

L’impression tridimensionnelle est une technique de fabrication d’objets de n’importe quelles formes en se basant sur un modèle numérique.

Depuis quelques années, plusieurs athlètes professionnels se procurent des chaussures de sport qui ont été conçues par des compagnies comme Nike ou Adidas utilisant l’impression tridimensionnelle. Le design unique de la plaque de ce type de soulier est basé généralement sur la taille, le poids et la forme du pied de l’athlète. La flexibilité et la réponse de la plaque de la chaussure sont ainsi bien balancées pour le corps de l’athlète, ce qui aide à la performance pour certains. Par contre, ce processus de conception, long et dispendieux, est généralement réservé aux sportifs professionnels.

Le domaine de la course automobile profite aussi de cette technologie pour certaines pièces de haut niveau pour des voitures participant à la F1. En 2012, Formula Group T conçoit la première automobile de course imprimée utilisant l’impression tridimensionnelle, la Areion, pouvant aller jusqu’à 141 km/h et prenant 4 secondes pour passer de 0 km/h à 100 km/h. Cette voiture a fait ses preuves dans le milieu compétitif rapidement, ayant gagnée deux prix au courant de ses deux premières courses.

Beaucoup d’accessoires de sport, en plastique ou en un autre matériel pouvant être moulé, peuvent être conçus de manière personnalisée, par exemple un casque, pour un athlète en particulier. Le moule, qui formera le matériel composant le casque, est conceptualisé en modélisant la forme de la tête de ce dernier puis la forme du casque par des techniques de synthèse d’images. En effet, l’impression tridimensionnelle n’est pas encore assez compétitrice au niveau de la production de masse pour remplacer le moulage. Par contre, Dr Hopkins et son équipe de l’Université de Loughborough travaillent sur le développement de l’impression tridimensionnelle pour la production de masse.

L’imagerie diagnostique pour les blessures sportives

Première radiographie prise en 1895 par Wilhelm Röntgen, dont les travaux sont à la base des débuts de l'imagerie médicale.

L’imagerie médicale, ou diagnostique, a été popularisée dans les nombreuses sphères de la médecine sportive avec le développement de l’informatique, mais les plus anciennes technologies du domaine datent du début du XXe siècle. Elle regroupe les techniques d’acquisition et de restitution d’images du corps humain à partir de phénomènes physiques tels que la radiologie, l’imagerie par résonance magnétique, la tomographie par ordinateur, l’échographie et la médecine nucléaire.

Le stockage d’information en format numérique améliore la collecte, le stockage, la gestion, la distribution et l’affichage des données recueillies, car les films ne sont plus nécessaires. De plus, l’imagerie médicale permet d’établir un diagnostic plus rapidement par la diminution du délai de traitement de l’information de 30 % à 40 %, de surveiller et de traiter des problèmes de santé d’athlètes plus rapidement. Les techniques en imagerie médicale observent généralement les blessures structurelles chez un athlète. Elles sont donc moins recommandées en cas de dommages fonctionnels sur un cerveau atteint d’une commotion cérébrale par exemple.

Pour l’instant, la majorité des techniques d’imagerie diagnostique pour traiter des blessures fonctionnelles au niveau du cerveau sont expérimentales, mais ces technologies spécialisées permettent de déceler des anomalies physiologiques et fonctionnelles au niveau du cerveau. Par exemple, la neuro-imagerie peut permettre de déceler le syndrome post-commotionnel chez les athlètes de sports de contact tel le football américain. Des recherches du psychologue Alain Ptito et de la Dre Karen Johnston cherchent à déterminer si un athlète est apte à retourner au jeu après une commotion cérébrale en utilisant de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle, technique qui compare les fluctuations d’oxygène dans le cerveau d’un athlète qui réagit à des stimuli visuels. Si le cerveau n’a pas d’activité dans certaines régions alors que ceux d’un groupe témoin montraient une activation, Ptito recommande au joueur d’attendre avant de retourner au jeu, car ce dernier pourrait être encore affecté par la commotion cérébrale qu’il avait subie par exemple.