Estimation à partir de la vidéo de la cinématique 3D du mouvement humain et des forces de contact en sport de haut-niveau.

Video-based estimation of 3D kinematics of human movement and contact forces forces in high level sports.

• Auteur / Autrice : Alexandre Schortgen
• Direction : Lionel Reveret
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Kuntzmann

Mots clés

Mots clés libres

Vision par ordinateur

Capture du mouvement

Estimation biomécanique

Sport de Haut Niveau

Cinématique 3D

Biomecanical estimation

High Level Sports

Computer Vision

3D kinematics

Motion Vapture

Résumé

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier l'estimation conjointe de la cinématique 3D et des forces de contact du mouvement humain à partir d'analyse vidéo multi vues dans un contexte de Sport de Haut-Niveau, en particuliers en Escalade et en BMX Race. L'estimation des forces à partir de données optiques seulement a été explorée à la fois en Biomécanique et en Vision par Ordinateur avec des évaluations dans le contexte particulier de l'Escalade. La thèse s'inspirera de ces méthodes existantes en faisant une synthèse entre approches par optimisation et approches par apprentissage automatique. Il est donc attendu, d'une part, de mettre au point une méthode d'estimation du mouvement et des forces de contact à partir de plusieurs points de vue calibrés et synchronisés et, d'autre part, d'évaluer la qualité de prédiction des forces par comparaison à des capteurs de force installés dans des prises pour l'Escalade et les pédales en BMX Race. Des dispositifs expérimentaux de mesure de force seront disponibles et pourront servir à la fois à la validation mais aussi de données d'apprentissage. Une étape préliminaire du travail consistera en la modélisation biomécanique personnalisée par athlète, accessible via une collaboration avec les fédérations Françaises d'Escalade (FFME), de cyclisme (FFC) et le centre d'entrainement TSF à Voiron (30 kms de Grenoble). Le centre TSF accueille les équipes de France en Escalade ainsi qu'une piste d'entrainement de BMX Race de niveau international.

The objective of this thesis is to study the joint estimation of 3D kinematics and contact forces of human movement from multi-view video analysis in a context of high level sports in particular in Climbing and BMX Race. The estimation of forces from optical optical data only has been explored in both Biomechanics and Computer Vision with evaluations in the particular context of climbing. The thesis will draw on these existing methods by making a synthesis between optimization and machine learning approaches. It is thus expected, on the one hand, to develop a method of motion and contact forces estimation from several calibrated and synchronized points of view and, on the other hand, to evaluate the quality of force prediction by comparison with force sensors installed in climbing holds and BMX Race pedals. Experimental force measurement devices will be available and can be used both for validation and training data. A preliminary step of the work will consist in the modeling of biomechanical modeling per athlete, available through a collaboration with the French Climbing Federation (FFME), French cycling Federation(FFC) and the training center TSF in Voiron (30 kms from Grenoble). The TSF center hosts the French climbing teams as well as a BMX Race training track of international level.