Artec Leo协助Vorteq制作世界上速度最快的骑行服

01/04/2020

作者Matthew McMillion

在高水平骑行领域,速度代表一切。即便在室内跑道上、人为控制的环境中,你依然面临空气摩擦力,每次踏下踏板都要抵抗这种阻力。骑手高达90%的精力都用于抵抗空气摩擦,因此减少该阻力是提高速度的关键。对专业骑手和狂热爱好者而言,轻易花费1万美元买辆一辆空气动力学自行车,也许收效甚微。对一名骑手而言,这一过程约80%靠骑手的身体力量,另外20%靠自行车,所以把重心放在如何减少骑手的损耗,研究不同骑行姿势的生物力学、训练内容、以及骑行服,显然更有意义。

Silverstone Sports Engineering Hub风洞中的一名骑手

Vorteq采用全尺寸运动专用风洞(定制面料风洞)及最新3D扫描技术为骑行者定制骑行服。流线型骑行服是骑手能穿的空气阻力最小的服装,能大幅降低空气阻力带来的拖拽感,效果甚至好过裸体。一件质量上乘的骑行服必须舒适轻巧,透气性强,为骑手专门定制。否则很容易因不合身而褶皱,空气动力学告诉我们,每处褶皱都会产生阻力,引起减速。同时,组织纤维也会因为拉伸而被成撑大,导致表面阻力更大,因此,身体不同部位的面料和接缝需要精心挑选,每件骑行服织物张力必须匹配骑手身材,从而达到最佳气流和最低阻力的效果。考虑到每位骑手的身材外形各有不同,所以不可能在货架上只有大中小三个尺码的衣服中找到。

身穿Vorteq的Huub Wattbike队在2020年1月英国曼彻斯特的英国自行车锦标赛中摘得三金二银三铜

过去十年,Vorteq的母公司TotalSim在与专业骑手、奥运会自行车队、环法自行车等优秀骑手的合作中积累了大量经验。因此,Vorteq相信他们能设计出当前速度最快的骑行服。制作这类服装在过去是不可能的,Vorteq已经在研发领域投入了50万美元,同时在Silverstone Sports Engineering Hub (SSEH)的特殊风洞测试了45000种不同面料、张力、速度的组合,最终,成功为每位骑手完成骑行服的定制,每款采用不同花型和织物,确保最佳速度效果。

设计制作Vorteq骑行服

虽然Vorteq长期与奥运自行车队以及其他精英骑手合作,但从2020年1月1日起,他们可以为不同水平的骑手定制骑行服了。也就是说,非专业骑手现在也可以享受到Vorteq的定制骑行服,当他们冲向终点时,可以身穿和Vorteq奥运选手一样的高科技骑行服。

为定制这些服装,使用3D扫描仪精确捕获骑手身材是关键,几分钟扫描完成后,还需要几小时时间在计算机立体裁剪系统中,精心挑选和设计服装的尺寸、花型和织物类型,最后由Vorteq骑行服制作团队合成。

过去,TotalSim使用关节臂式扫描仪扫描赛车、自行车等物体,但涉及人体扫描时,他们开始遇到了麻烦,旧科技变得不给力了。

于是,Vorteq找到了Artec大使Central Scanning,他们是3D扫描相关技术的专家。在实地考察研究过后,Central Scanning专家推荐使用Artec Leo,这是一款突破式手持3D扫描仪,搭载触摸屏,捕获速度高达80 fps,同时彻底做到了无线缆的真正自由,几分钟即可捕获人体等中型物体。TotalSim已使用过两款Artec扫描仪Artec EvaArtec Spider,主要用于计算流体动力学和计量领域,所以对Artec的扫描高科技非常了解。

Silverstone Sports Engineering Hub的Artec Leo 3D扫描仪和Artec Studio软件展示骑手扫描效果

Sam QuilterVorteq的同事看到Leo在扫描骑手时的捕获速度和精度后,立刻明白这就是他们要找的那款工具。刚带回这款全新Leo后,他们立刻花了几小时的时间开始设计数字捕获工艺,Quilter向我们做了简单介绍:

“骑手带上自行车来到风洞,将车固定在平台上后坐上自行车,之后Leo仅需5-6分钟,就能在两个不同的位置完成骑手捕获,彩色3D效果精确,分辨率高。再花一分钟时间,完成鞋子的全方位扫描,” Quilter说道,“也就是说,十分钟就能完成骑手扫描,他们之后就能自由活动了。一次扫描获得的数据,足够设计贴合身材、风驰电掣般的Vorteq骑行服。无需二次扫描。从不需要。”

计量工程师Sam Quilter 使用Artec Leo为骑手进行3D扫描

Quilter继续补充道,“我们通常只让骑手穿着内衣扫描,这样就能最大程度捕获人体细节,设计的骑行服就能完美贴合骑手身材,如果扫描时穿着其他衣服遮挡视线,是不可能完成这套骑行服的。”

使用Artec Leo在Silverstone Sports Engineering Hub为一名骑手3D扫描

“制作骑行服时,我们直接加工Leo的扫描数据,所以我们捕获的不是测量数值,而是可直接使用的身材数据,这其中的差别很关键。如果只是测量数据,随后将数据录入CAD系统,或者类似我们使用的计算机立体裁剪系统,转换过程中会出现误差。如此一来,就会导致骑行服出现尺寸偏差,这点我们绝对不容发生。哪怕一丁点的误差也会被放大成一处处的褶皱,或导致织物拉伸。因此, Leo能直接捕获运动员的身材数据,这点对我们而言很有意义。”

Quilter总结了整个流程,“从骑手走进门的一刻起,我们就开始用Leo扫描,然后使用Artec Studio完成后期处理,使用Geomagic Wrap进行3D建模,最后将3D模型导出来制作骑行服,整个过程大约2小时,这在过去根本无法实现。至于骑行服的成品制作,目前需要2天时间,但我们还在进一步缩短,希望可以24小时完成,我们相信很快就能实现。”

在SSEH运动性能测试风洞中3D扫描一位骑手

Quilter进一步解释了Artec Studio中的后期处理流程,“Leo使这一过程相当简单。不需要在Artec Studio中进行过多操作。简单来说,导入Leo数据,仔细检查,然后使用橡皮擦工具,点击几下擦除有时会出现的多余部分。通常,我会把自行车留在扫描数据中,作为参照物,参考XYZ轴的位置和角度,接下来进行全局配准,我直接使用默认设置,因为默认设置的效果就很好。通常不需要移除异常值,因为数据本身就很干净了。接下来进行平滑融合,做几处小改动,就能以STL文件格式导出至Geomagic Wrap了。”

“在Geomagic Wrap下,我使用Decimate工具减少三角形数量,如果需要修掉褶皱的话,我会执行Relax指令,当然这种情况很少发生,随后执行Smooth指令,剪掉不完美的部位,比如有时骑手在扫描时动了一下手指,我们就要把这个部位修一下。等一切步骤完成后,以OBJ文件导出至计算机立体裁剪系统,” Quilter说道。

Vorteq的最新产品就是使用Leo扫描并3D打印的骑手人体模特,身体结构非常精准。这些人体模特会用于骑行服的制作,不用骑手们亲自到场了。我们举个例子,一位骑手在世界另一头训练,需要为即将举行的远距计时赛制作一套骑行服,这场比赛的赛道以平地为主,但也有一段较长的下坡路。如果有了这位骑手的3D模型,Vorteq就能为其定制骑行服,在风洞中测试多种织物和花型,在几小时内就能做出一套骑行服,快递到任何他所在的位置。目前,2天能定制人体模型,但每一周我们都在努力缩短这一时间。我们的目标是可以用24小时完成3D扫描到3D打印人体模型的过程。

Vorteq待组装和风洞使用的人体模型部位

Quilter解释了使用3D打印模特的原因,“等比例尺寸的人体模特可用来单独测试某一部位的面料,比如手臂,对比不同面料和花型降低阻力的效果。这些细微差别一旦叠加,会产生不小的影响。因为如果风洞里是骑手本人,一定会存在身体运动造成的摆动,所以即便摆动不明显,最终也会影响效果。所以如果是骑手本人,永远无法获得精确值,但若是一个静止不动的模特,那唯一变量就只有织物了。”

“人体模特也不会疲惫,永远一动不动,这样我们就能明确知道不同织物和设计对阻力和表现造成多大影响了。”

TotalSim还为骑手和团队提供生物力学方面的建议和培训,如不同姿势、设备调节、骑行习惯、服装如何影响他们的体力、阻力、耐力等等。

Silverstone Sports Engineering Hub的运动性能测试风洞

“帮助这些认真的骑手找到可以提升的细节,是我们的使命,他们中的大多数都已达到或接近业内顶级水准,这些细节可以进一步提升他们的竞争力,助他们突破卓越,收获最终的胜利,” Quilter说道。

除了Vorteq的骑行服和TotalSim的生物力学咨询与培训,他们还为一些客户提供扫描服务,包括骑手车队。他们能在项目所在地进行3D扫描,无论是室内,英国还是海外的任何地方,Leo在其中扮演了不可或缺的作用。

Quilter解释道,“和以往的扫描仪相比,Leo非常灵活,拿起机器,无论去到世界哪个角落,都能扫描,无需其他硬件。工作人员无论在哪里,遇到和实验室天差地别的何种扫描条件,都不用担心,这种灵活自由是无可比拟的。”

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