皮划艇激流回旋赛项带来的奥运工程技术挑战

——Geomagic、Creaform和WYSIWYG3D 助力澳大利亚皮划艇团队奥运参赛

国际金属加工网 2017年04月01日

上图:Jessica Fox正在进行奥运皮划艇激流回旋比赛

奥林匹克运动不断将运动员的身体条件推向极致。他们所用的装备也是如此,工程师们不断寻找新的改进方法,将竞争提升到一个新的水平。

近些年大部分挑战都在生物力学和运动科学领域。Ami Drory是澳大利亚体育学院的生物力学家。他针对2012年伦敦奥运会的新开发项目之一是:找到最“合适的”激流回旋皮划艇。

图:使用Creaform REVscan进行扫描获得 Jessica下半身的形状

“适合”意味着在运动员和皮划艇之间建立一个定制界面,目前皮划艇座位通常是由泡沫和木头制成的。这听起来就是一个简单的测量和制作缓冲垫的事情,但是在激流回旋中,优化“适合度”对运动员非常重要。在比赛中,划桨运动员要尽快的闯过18到25个水门。此赛项最艰难的部分在逆水流方向。为了抵抗激流,划桨、皮划艇和选手必须合而为一,共同行动。

Drory解释说:“作用在水上传递给划桨上的力是决定成功的关键。一个完美契合的座位有助于运动员做大范围动作,同时向船传递更多的推力。”

自动化测量,以更好地贴合运动员

以往的装备方式非常费劲,而且难以重复实现。Drory 说:“整个反复试验的过程很令人失望,而且在你做好之前要浪费很多材料。”在有限时间窗内完成十几个制定装备的任务,让他决定探索一种能替代传统配合方式的方法。

上图:扫描运动员和皮划艇,采集数据

他的目标是开发一种可靠、可重复的数字化流程,实现从船和运动员的现实形态开始,直到装备制造完成整个过程。

第一步是精确扫描就位的运动员。AIS 的3D激光扫描仪可以很好地估计运动员的身体组成,但是该设备不能完全满足此项目的需求,因为每次定制都需要详细的曲面信息。为了有效处理如此多的几何数据,他向加拿大魁北克扫描仪开发商Creaform的应用专家Sébastien Dubois 请求帮助。

创建一个泥模,扫描出的精度更高

Dubois 带了Creaform的一款便携式扫描仪 REVscan来到澳大利亚Penrith的AIS皮划艇激流回旋设备厂。REVscan是一款轻型扫描仪,仅重2.1磅,分辨率为0.004英尺,精度为0.05英尺。测量距离高达12 英尺,这是一款近距离工作的理想扫描仪,非常适合有机体形状扫描,比如人身,并且能达到工业级的精度。

创建皮划艇内部结构泥模,用于3D扫描

对身穿标记点衣物的皮划艇选手Jessica Fox (伦敦2012奥运会银牌得主) 进行扫描后,Dubois 和Drory 创建了初始数字测试模型。扫描设备采用TRUaccuracy 技术(可以不受环境影响得到高精度测量结果),在一个小时内采集了350万个有价值的多边形3D点云数据。又用了2个小时扫描获得了 Fox 乘坐的皮划艇内部数据。

Duboi使用Creaform的Vxelements软件,通过澳大利亚悉尼的一家3D服务商提供的WYSIWYG 3D将扫描结果导入Geomagic Design X,创建STL多边形数据文件。Geomagic Design X能够自动快速将任何一种3D数据处理成精确的NURB曲面用于CAD。通过Geomagic 系统处理Fox的身体扫描结果和皮划艇扫描结果,保存为IGES数据导入SolidWorks。

准备导入CAD进行处理的运动员3D NURB模型

一旦到了CAD系统,就可以对数据进行布尔运算,提高皮划艇比赛装备的建模精度,完全根据运动员特有的身体形状定制。通过这一工作流程, Dubois 在3天里对11个运动员进行了扫描和数据处理。

改变可能的东西

运动员的扫描数模和皮划艇模型放一起

Creaform营销副总裁Stéphane Auclair针对项目的成功点评说,“奥运会一直是一个突破障碍和限制的地方。这种类型的项目能很好的说明,3D扫描新技术是如何改变可能性。更重要的是,我们看到根据运动员独特的身体形状来改变物体,这一过程是如此之快,因此,我们完全可以创造出适合我们自己身体的产品。”

这项技术能不能让澳大利亚在皮划艇激流回旋项目中捧回一个奖杯呢?我们走着瞧。拿不拿奖另说, Drory对于这项在身体贴合上的改进非常自信,肯定会为运动员节省一些时间,让他们更有机会获得成功。

贴合运动员独特身体形状设计的装备,它是通过Geomagic创建模型在SolidWorks 中进行布尔操作得到的

Drory说:“这个项目流程非常快速高效,从测量到设计都是为每个运动员量身定制的。最佳的皮划艇装备对运动员的表现有积极的影响,能帮助他们在2012年伦敦奥运会上取的成功。”

Drory继续说:“不幸的是材料的选择和制造是整个项目的难点,现在离奥运会越来越近,我们可能无法赶在奥运会之前实现它。尽管如此,我们对开发出这种优化运动员和装备之间的吻合度,而显著提高运动员表现的高端技术非常有信心。”

我们及时在比赛前给他们做出了产品。

2012年伦敦奥运会比赛结果: Jessica Fox 在K1W比赛中获得银牌,Kynan Melay 在C1级比赛中得了第6名,Robin Jefferys 在C2级比赛中得了第10名。

Ami Drory还想感谢WYSIWYG和澳大利亚国立大学工程与计算科学系的同事在该项目上提供的帮助。




网友评论

编辑推荐

相关主题