概要：一家致力于體育行業(yè)的研發(fā)公司采用3D掃描技術(shù)，為不同水平的自行車(chē)手定制合身的流線(xiàn)型騎行服。

目標：使用手持式3D掃描儀，6分鐘內完成自行車(chē)手的全身掃描，并使用掃描數據制作高速騎行服。

使用工具：Artec Leo, Geomagic Wrap

在高水平騎行領(lǐng)域，速度代表一切。即便在室內跑道上、人為控制的環(huán)境中，你依然面臨空氣摩擦力，每次踏下踏板都要抵抗這種阻力。騎手高達90%的精力都用于抵抗空氣摩擦，因此減少該阻力是提高速度的關(guān)鍵。對專(zhuān)業(yè)騎手和狂熱愛(ài)好者而言，輕易花費1萬(wàn)美元買(mǎi)輛一輛空氣動(dòng)力學(xué)自行車(chē)，也許收效甚微。對一名騎手而言，這一過(guò)程約80%靠騎手的身體力量，另外20%靠自行車(chē)，所以把重心放在如何減少騎手的損耗，研究不同騎行姿勢的生物力學(xué)、訓練內容、以及騎行服，顯然更有意義。

Silverstone Sports Engineering Hub風(fēng)洞中的一名騎手

Vorteq采用全尺寸運動(dòng)專(zhuān)用風(fēng)洞（定制面料風(fēng)洞）及新3D掃描技術(shù)為騎行者定制騎行服。流線(xiàn)型騎行服是騎手能穿的空氣阻力小的服裝，能大幅降低空氣阻力帶來(lái)的拖拽感，效果甚至好過(guò)裸體。一件質(zhì)量上乘的騎行服必須舒適輕巧，透氣性強，為騎手專(zhuān)門(mén)定制。否則很容易因不合身而褶皺，空氣動(dòng)力學(xué)告訴我們，每處褶皺都會(huì )產(chǎn)生阻力，引起減速。同時(shí)，組織纖維也會(huì )因為拉伸而被成撐大，導致表面阻力更大，因此，身體不同部位的面料和接縫需要精心挑選，每件騎行服織物張力必須匹配騎手身材，從而達到降低氣流和阻力的效果?？紤]到每位騎手的身材外形各有不同，所以不可能在貨架上只有大中小三個(gè)尺碼的衣服中找到。

身穿Vorteq的Huub Wattbike隊在2020年1月英國曼徹斯特的英國自行車(chē)錦標賽中摘得三金二銀三銅

過(guò)去十年，Vorteq的母公司TotalSim在與專(zhuān)業(yè)騎手、奧運會(huì )自行車(chē)隊、環(huán)法自行車(chē)等優(yōu)秀騎手的合作中積累了大量經(jīng)驗。因此，Vorteq相信他們能設計出當前速度快的騎行服。制作這類(lèi)服裝在過(guò)去是不可能的，Vorteq已經(jīng)在研發(fā)領(lǐng)域投入了50萬(wàn)美元，同時(shí)在Silverstone Sports Engineering Hub (SSEH)的特殊風(fēng)洞測試了45000種不同面料、張力、速度的組合，最終，成功為每位騎手完成騎行服的定制，每款采用不同花型和織物，確保速度效果。

設計制作Vorteq騎行服

雖然Vorteq長(cháng)期與奧運自行車(chē)隊以及其他精英騎手合作，但從2020年1月1日起，他們可以為不同水平的騎手定制騎行服了。也就是說(shuō)，非專(zhuān)業(yè)騎手現在也可以享受到Vorteq的定制騎行服，當他們沖向終點(diǎn)時(shí)，可以身穿和Vorteq奧運選手一樣的高科技騎行服。

為定制這些服裝，使用3D掃描儀精確捕獲騎手身材是關(guān)鍵，幾分鐘掃描完成后，還需要幾小時(shí)時(shí)間在計算機立體裁剪系統中，精心挑選和設計服裝的尺寸、花型和織物類(lèi)型，最后由Vorteq騎行服制作團隊合成。

過(guò)去，TotalSim使用關(guān)節臂式掃描儀掃描賽車(chē)、自行車(chē)等物體，但涉及人體掃描時(shí)，他們開(kāi)始遇到了麻煩，舊科技變得不給力了。

于是，Vorteq找到了Artec大使Central Scanning，他們是3D掃描相關(guān)技術(shù)的專(zhuān)家。在實(shí)地考察研究過(guò)后，Central Scanning專(zhuān)家推薦使用Artec Leo，這是一款手持3D掃描儀，搭載觸摸屏，捕獲速度高達80 fps，同時(shí)徹底做到了無(wú)線(xiàn)纜的真正自由，幾分鐘即可捕獲人體等中型物體。TotalSim已使用過(guò)兩款Artec掃描儀Artec Eva和Artec Spider，主要用于計算流體動(dòng)力學(xué)和計量領(lǐng)域，所以對Artec的掃描高科技非常了解。

Silverstone Sports Engineering Hub的Artec Leo 3D掃描儀和Artec Studio軟件展示騎手掃描效果

Sam Quilter和Vorteq的同事看到Leo在掃描騎手時(shí)的捕獲速度和精度后，立刻明白這就是他們要找的那款工具。剛帶回這款全新Leo后，他們立刻花了幾小時(shí)的時(shí)間開(kāi)始設計數字捕獲工藝，Quilter向我們做了簡(jiǎn)單介紹：

“騎手帶上自行車(chē)來(lái)到風(fēng)洞，將車(chē)固定在平臺上后坐上自行車(chē)，之后Leo僅需5-6分鐘，就能在兩個(gè)不同的位置完成騎手捕獲，彩色3D效果精確，分辨率高。再花一分鐘時(shí)間，完成鞋子的全方位掃描，” Quilter說(shuō)道，“也就是說(shuō)，十分鐘就能完成騎手掃描，他們之后就能自由活動(dòng)了。一次掃描獲得的數據，足夠設計貼合身材、風(fēng)馳電掣般的Vorteq騎行服。無(wú)需二次掃描。從不需要?！?

計量工程師Sam Quilter使用Artec Leo為騎手進(jìn)行3D掃描

Quilter繼續補充道，“我們通常只讓騎手穿著(zhù)內衣掃描，這樣就能捕獲人體細節，設計的騎行服就能貼合騎手身材，如果掃描時(shí)穿著(zhù)其他衣服遮擋視線(xiàn)，是不可能完成這套騎行服的?！?

使用Artec Leo在Silverstone Sports Engineering Hub為一名騎手3D掃描

“制作騎行服時(shí)，我們直接加工Leo的掃描數據，所以我們捕獲的不是測量數值，而是可直接使用的身材數據，這其中的差別很關(guān)鍵。如果只是測量數據，隨后將數據錄入CAD系統，或者類(lèi)似我們使用的計算機立體裁剪系統，轉換過(guò)程中會(huì )出現誤差。如此一來(lái)，就會(huì )導致騎行服出現尺寸偏差，這點(diǎn)我們絕對不容發(fā)生。哪怕一丁點(diǎn)的誤差也會(huì )被放大成一處處的褶皺，或導致織物拉伸。因此， Leo能直接捕獲運動(dòng)員的身材數據，這點(diǎn)對我們而言很有意義?！?

Quilter總結了整個(gè)流程，“從騎手走進(jìn)門(mén)的一刻起，我們就開(kāi)始用Leo掃描，然后使用Artec Studio完成后期處理，使用Geomagic Wrap進(jìn)行3D建模，最后將3D模型導出來(lái)制作騎行服，整個(gè)過(guò)程大約2小時(shí)，這在過(guò)去根本無(wú)法實(shí)現。至于騎行服的成品制作，目前需要2天時(shí)間，但我們還在進(jìn)一步縮短，希望可以24小時(shí)完成，我們相信很快就能實(shí)現?！?

在SSEH運動(dòng)性能測試風(fēng)洞中3D掃描一位騎手

Quilter進(jìn)一步解釋了Artec Studio中的后期處理流程，“Leo使這一過(guò)程相當簡(jiǎn)單。不需要在A(yíng)rtec Studio中進(jìn)行過(guò)多操作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，導入Leo數據，仔細檢查，然后使用橡皮擦工具，點(diǎn)擊幾下擦除有時(shí)會(huì )出現的多余部分。通常，我會(huì )把自行車(chē)留在掃描數據中，作為參照物，參考XYZ軸的位置和角度，接下來(lái)進(jìn)行全局配準，我直接使用默認設置，因為默認設置的效果就很好。通常不需要移除異常值，因為數據本身就很干凈了。接下來(lái)進(jìn)行平滑融合，做幾處小改動(dòng)，就能以STL文件格式導出至Geomagic Wrap了?！?

“在Geomagic Wrap下，我使用Decimate工具減少三角形數量，如果需要修掉褶皺的話(huà)，我會(huì )執行Relax指令，當然這種情況很少發(fā)生，隨后執行Smooth指令，剪掉不完美的部位，比如有時(shí)騎手在掃描時(shí)動(dòng)了一下手指，我們就要把這個(gè)部位修一下。等一切步驟完成后，以OBJ文件導出至計算機立體裁剪系統，” Quilter說(shuō)道。

Vorteq的新產(chǎn)品就是使用Leo掃描并3D打印的騎手人體模特，身體結構非常精準。這些人體模特會(huì )用于騎行服的制作，不用騎手們親自到場(chǎng)了。我們舉個(gè)例子，一位騎手在世界另一頭訓練，需要為即將舉行的遠距計時(shí)賽制作一套騎行服，這場(chǎng)比賽的賽道以平地為主，但也有一段較長(cháng)的下坡路。如果有了這位騎手的3D模型，Vorteq就能為其定制騎行服，在風(fēng)洞中測試多種織物和花型，在幾小時(shí)內就能做出一套騎行服，快遞到任何他所在的位置。目前，2天能定制人體模型，但每一周我們都在努力縮短這一時(shí)間。我們的目標是可以用24小時(shí)完成3D掃描到3D打印人體模型的過(guò)程。

Vorteq待組裝和風(fēng)洞使用的人體模型部位

Quilter解釋了使用3D打印模特的原因，“等比例尺寸的人體模特可用來(lái)單獨測試某一部位的面料，比如手臂，對比不同面料和花型降低阻力的效果。這些細微差別一旦疊加，會(huì )產(chǎn)生不小的影響。因為如果風(fēng)洞里是騎手本人，一定會(huì )存在身體運動(dòng)造成的擺動(dòng)，所以即便擺動(dòng)不明顯，最終也會(huì )影響效果。所以如果是騎手本人，永遠無(wú)法獲得精確值，但若是一個(gè)靜止不動(dòng)的模特，那唯一變量就只有織物了?！?

“人體模特也不會(huì )疲憊，永遠一動(dòng)不動(dòng)，這樣我們就能明確知道不同織物和設計對阻力和表現造成多大影響了?！?

TotalSim還為騎手和團隊提供生物力學(xué)方面的建議和培訓，如不同姿勢、設備調節、騎行習慣、服裝如何影響他們的體力、阻力、耐力等等。

Silverstone Sports Engineering Hub的運動(dòng)性能測試風(fēng)洞

“幫助這些認真的騎手找到可以提升的細節，是我們的使命，他們中的大多數都已達到或接近業(yè)內頂級水準，這些細節可以進(jìn)一步提升他們的競爭力，助他們突破卓越，收獲最終的勝利，” Quilter說(shuō)道。

除了Vorteq的騎行服和TotalSim的生物力學(xué)咨詢(xún)與培訓，他們還為一些客戶(hù)提供掃描服務(wù)，包括騎手車(chē)隊。他們能在項目所在地進(jìn)行3D掃描，無(wú)論是室內，英國還是海外的任何地方，Leo在其中扮演了不可或缺的作用。

Quilter解釋道，“和以往的掃描儀相比，Leo非常靈活，拿起機器，無(wú)論去到世界哪個(gè)角落，都能掃描，無(wú)需其他硬件。工作人員無(wú)論在哪里，遇到和實(shí)驗室不同的何種掃描條件，都不用擔心，靈活自由?！?