挑戰(zhàn)：一家體育研發(fā)公司需要以高分辨率3D效果數(shù)字捕獲一系列專業(yè)場(chǎng)地車，來(lái)制作超流線型自行車。
解決方案：Artec Leo, Artec Space Spider, Artec Studio, Geomagic Wrap
成果：專業(yè)手持式掃描儀Artec Leo 3D捕獲了多輛場(chǎng)地車。這些精準(zhǔn)3D模型包含自行車架與部件的精確幾何，在FEA和CFD分析中結(jié)合Artec Space Spider超精度3D掃描儀的3D數(shù)據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出眾的場(chǎng)地自行車。
在專業(yè)騎行和奧林匹克騎行中，風(fēng)阻會(huì)拖人后腿。但借助新款手持式3D掃描科技，以及前沿CFD（計(jì)算流體力學(xué)）分析、CAD技術(shù)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，英國(guó)公司Vorteq和WX-R工程師合作，制作出突破風(fēng)阻的場(chǎng)地車，已在騎行界引起不小轟動(dòng)。
Vorteq WX-R場(chǎng)地車
對(duì)騎手而言，高達(dá)80%的空氣阻力來(lái)自自身，剩下20%左右來(lái)源于自行車，但該比例并非一成不變。比方說(shuō)，騎手身穿Vorteq緊身衣身體阻力很小，和普通騎行服相比，CdA（風(fēng)阻系數(shù)x面積）大幅降低。那下一步自然就要從自行車身上動(dòng)腦筋，如何使車身更簡(jiǎn)潔。如此，節(jié)省的時(shí)間和精力不可小覷。
比如，在5小時(shí)鐵人三項(xiàng)的自行車賽中，流線型場(chǎng)地車要比普通場(chǎng)地車更早抵達(dá)終點(diǎn)。但是如何進(jìn)一步提升自行車的速度，從快的那些場(chǎng)地車中繼續(xù)脫穎而出？
WX-R Vorteq車叉
幾十年來(lái)，場(chǎng)地車制造商始終致力于打造瀝青公路上的場(chǎng)地車，但通常情況下，他們都是基于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的設(shè)計(jì)建模的。有時(shí)會(huì)配合風(fēng)洞和CFD測(cè)試。但是。他們忽略了關(guān)鍵一點(diǎn)：速度方程中的人類因素。騎手自身、自行車、騎行方式一起，共同作用，決定了速度。
TotalSim公司Vorteq的設(shè)計(jì)工程師多年來(lái)通過(guò)與F1等賽車運(yùn)動(dòng)合作，積累了大量CFD經(jīng)驗(yàn)，解決了棘手的工程難題，為客戶提供強(qiáng)大的解決方案，因此，他們決定將目光轉(zhuǎn)向自行車賽，制作全球速度快的場(chǎng)地車。
Vorteq Tokyo把手
項(xiàng)目第一階段需要捕獲一系列專業(yè)場(chǎng)地車，且3D分辨率要高。掃描完后，自行車3D模型將用于前沿CFD分析，并結(jié)合新風(fēng)洞測(cè)試研究，包括分析騎手（自行車車主）騎行習(xí)慣的人體運(yùn)動(dòng)學(xué)，待一切完成后，制作成流線型場(chǎng)地車Vorteq WX-R。
他們需要一款能滿足所有要求的專業(yè)手持式3D掃描儀，包括無(wú)可挑剔的準(zhǔn)確度、捕獲速度、無(wú)線操作，因此，只剩一款可選： Artec Leo，多次獲獎(jiǎng)的無(wú)線式3D掃描儀，可捕獲中型物體，且色澤鮮艷。Artec Leo不到一分鐘即可完整捕獲一輛專業(yè)場(chǎng)地車，Artec 3D大使Central Scanning向Vorteq推薦并提供了這款掃描儀。
Artec Leo
Central Scanning的Alex Chung說(shuō)道，“Vorteq的母公司TotalSim是英國(guó)第一家在2019年1月收到旗艦產(chǎn)品Artec Leo的客戶，之后，他們的成績(jī)節(jié)節(jié)攀升。作為Artec資深用戶，Vorteq很快就解鎖了Artec Leo的速度、便攜度和靈活度等優(yōu)勢(shì)，改變了緊身騎行服的設(shè)計(jì)工藝，直接讓騎手坐在自行車上進(jìn)行3D捕獲?，F(xiàn)在，他們又把思路拓展到了Vorteq WX-R項(xiàng)目上，這次全方位結(jié)合Leo的掃描動(dòng)力和靈活性，來(lái)制作令人驚嘆的場(chǎng)地車。能與TotalSim和Vorteq合作創(chuàng)新，Central Scanning很驕傲?！?
使用Artec Leo在SSEH風(fēng)洞中3D掃描騎手與自行車
Vorteq計(jì)量工程師Sam Quilter解釋了他們的掃描流程，“我們用Leo掃描了一系列自行車，獲得精準(zhǔn)數(shù)字模型，之后在CFD系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)比，找出造成風(fēng)阻差異的原因，并對(duì)3D模型作出結(jié)構(gòu)調(diào)整和修改，改進(jìn)性能。這樣一來(lái)，我們就能取各款自行車之長(zhǎng)，并合成一輛自行車，進(jìn)行后續(xù)工作了?！?
Quilter繼續(xù)補(bǔ)充道，“在設(shè)計(jì)的同時(shí)，我們還在Silverstone (SSEH)的風(fēng)洞中分析了騎手，了解他們?nèi)绾问┝?，影響整輛車。這過(guò)程中會(huì)獲得大量有用的數(shù)據(jù)，這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)這輛車非常關(guān)鍵?！?
“舉個(gè)例子說(shuō)明3D掃描在研發(fā)中期起到了多大的作用，我們把每位騎手的自行車都放在一個(gè)升起的裝置上，然后在曲軸處施加不同程度的負(fù)重，給車架增加一些曲率，研究車輛是如何屈伸和扭轉(zhuǎn)的。這些步驟一直重復(fù)到大負(fù)荷，來(lái)模擬踏板、曲軸、輪軸所承受的扭矩。同時(shí)，我們使用Artec Space Spider 3D掃描儀精確捕獲自行車架，并根據(jù)掃描生成偏離圖，展現(xiàn)車架發(fā)生彎曲的過(guò)程和位置?！?
“掃描的車架出現(xiàn)了明顯偏離，因?yàn)槿际翘祭w維材料。向下施壓時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一定程度的彎曲。我們想對(duì)此進(jìn)行量化，因?yàn)轵T手反映他們喜愛(ài)自己的場(chǎng)地車，也想知道自己愛(ài)車的彎曲程度和抗壓能力。但是曲率太大也會(huì)損耗騎手的體力，車輪會(huì)把壓力分散到車架。我們也需要找到彎曲發(fā)生的部位?！?
Vorteq Tokyo固定車座架
Quilter和Vorteq的團(tuán)隊(duì)自創(chuàng)了Artec Leo掃描處理工藝。過(guò)程如下，“首先把掃描導(dǎo)入至后期處理軟件Artec Studio中，這一過(guò)程對(duì)于自行車掃描數(shù)據(jù)而言，非常之快。然后，我們檢查數(shù)據(jù)是否完好。這一步基本不成問(wèn)題，但大概檢查一下也是明智之舉。之后，我們可能要用橡皮擦擦除多余數(shù)據(jù)。再使用默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行全局對(duì)準(zhǔn)，默認(rèn)設(shè)置就很適合我們的需求。
Quilter繼續(xù)補(bǔ)充道，“之后，我們進(jìn)行尖銳融合，因?yàn)槲覀兲幚淼氖菆?jiān)固的零部件和車架結(jié)構(gòu)，如果處理人體掃描制作緊身騎行服，考慮到人體解剖結(jié)構(gòu)的自然曲線，平滑融合會(huì)更合適。相比而言，尖銳融合會(huì)保留所有車模需要的復(fù)雜幾何細(xì)節(jié)。然后我們以O(shè)BJ文件形式導(dǎo)出到Geomagic Wrap，進(jìn)行其他設(shè)計(jì)，將3D模型發(fā)送到定制CFD系統(tǒng)中?！?
Vorteq Tokyo 4定制前輪
研發(fā)結(jié)束后，為制作自行車實(shí)體，Vorteq和英國(guó)自行車制造商Worx合作，他們?cè)圃爝^(guò)自己研發(fā)的場(chǎng)地車，但和Vorteq WX-R比差遠(yuǎn)了。
Vorteq WX-R已馳騁賽場(chǎng)了，還將參加?xùn)|京奧運(yùn)。它在UCI場(chǎng)地自行車世錦賽的出色表現(xiàn)已經(jīng)為騎手?jǐn)埾聝擅丢?jiǎng)牌、三項(xiàng)終身、兩項(xiàng)全國(guó)紀(jì)錄、一項(xiàng)亞洲紀(jì)錄。
Azizulhasni Awang在2020柏林UCI場(chǎng)地自行車世錦賽中騎著一輛Vorteq WX-R沖向勝利
除了制作世界快的騎行服和場(chǎng)地車外，Vorteq還通過(guò)Artec Leo和Space Spider掃描儀，為英國(guó)和世界各地的客戶，提供一系列自行車相關(guān)的3D掃描服務(wù)。
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