Artec Leo, Vorteq가 세계에서 가장 빠른 사이클링 스킨 슈트를 만드는 데 도움을 주다

고성능 사이클링 세계에서는 속도가 가장 중요합니다. 또한 조건이 제어된 실내 트랙에서 경주해도 페달을 밟을 때마다 바람 저항과 항력에 맞서야 합니다. 공기 저항을 극복하는 데 사이클리스트의 에너지 출력의 최대 90%가 소비되므로 항력을 줄이는 것이 중요합니다. 전문 라이더와 진지한 자전거 애호가의 관점에서 볼 때, 공기 역학적 자전거에 쉽게 만 달러 이상이 될 수 있는 비용을 지출하여 얻을 것이 거의 없습니다. 라이더의 몸은 항력의 약 80%를 차지하고 자전거는 나머지 20%를 차지하므로 라이더, 다양한 자전거 타기 위치의 그들의 생체 역학, 훈련 및 특히 의복에 집중하는 것이 훨씬 더 합리적입니다.

Silverstone Sports Engineering Hub 풍동의 라이더

Vorteq는 실물 크기의 스포츠 전용 풍동, 맞춤형 패브릭 풍동 및 최신 3D 스캐닝 기술을 사용하여 사이클리스트를 위한 맞춤형 스킨 슈트를 제작하고 있습니다. 스킨 슈트는 기본적으로 라이더가 입을 수 있는 가장 공기 역학적 복장으로, 항력 수준을 알몸의 항력 이하로 줄입니다. 양질의 스킨 슈트는 또한 편안하고 가벼우며 통기성이 좋으며 착용하는 선수를 위해 특별히 제작되어야 합니다. 그렇지 않으면 스킨 슈트가 제대로 맞지 않아 주름이 생기며 공기 역학적인 측면에서 각 주름으로 인해 성능을 저하하는 항력이 증가합니다. 또한, 많은 직물은 너무 잡아 늘이면 "열려" 표면 전체에 항력을 크게 하므로 직물과 이음새를 신체의 특정 부위를 위해 신중하게 선택하여야 하며, 스킨 슈트를 그 특정 라이더의 해부학적 구조에 맞게 정확한 양의 직물 장력을 갖도록 디자인 및 제조하여 공기 흐름을 최적화하고 바람 저항을 최소화하여야 합니다.  사이클리스트의 체형과 크기가 아주 다를 수 있다는 것을 고려할 때, 이러한 맞춤형 핏은 기성품으로 나온 소-중-대형의 스킨 슈트로는 불가능합니다.

Vorteq를 착용한 Huub Wattbike 팀은 2020년 1월 영국 맨체스터에서 열린 British National Cycling Championships에서 금메달 3개, 은메달 2개, 동메달 3개를 획득했습니다.

Vorteq의 모회사인 TotalSim은 지난 10년 동안 프로 사이클리스트, 올림픽 사이클팀, Tour de France 라이더 및 기타 최고의 사이클리스트와 긴밀히 협력해 왔습니다. 이러한 과정을 통해 Vorteq는 자사가 오늘날 구매 가능한 가장 빠른 스킨 슈트라고 생각되는 것을 만들 수 있었습니다. Vorteq는 과거에 가능했던 스킨 슈트를 능가하는 스킨 슈트를 만들기 위해 연구 개발에 50만 달러 이상을 투자했으며 Silverstone Sports Engineering Hub(SSEH)의 특수 풍동에서 45,000개 이상의 재료, 장력 및 속도 조합을 테스트했습니다. 최종 결과는 모든 선수가 각각 최고의 성능을 발휘하도록 디자인된 맞춤형 패턴과 원단으로 만든 자신만의 스킨 슈트를 받는 것입니다.

Vorteq 스킨 슈트 디자인 및 제작

Vorteq는 올림픽팀 및 다른 엘리트 선수들과 독점적으로 오랜 시간 동안 협력했지만, 2020년 1월 1일부터 모든 수준의 경험을 가진 진지한 라이더들에게도 맞춤형 스킨 슈트를 제공합니다. 즉, 전문 사이클리스트뿐만 아니라 모든 사이클리스트는 이제 맞춤형 Vorteq 스킨 슈트를 입을 수 있으며 결승선을 향해 질주할 때 Vorteq의 올림픽 고객 중 한 명인 것처럼 같은 수준의 스킨 슈트 기술품을 착용하게 됩니다.

이러한 맞춤형 스킨 슈트를 만들려면 3D 스캐너를 사용하는 것이 라이더의 정확한 해부학적 구조를 디지털로 캡처하는 데 중요한 요소이며 몇 분의 스캐닝 후 몇 시간 안에 연산 드레이핑 시스템에서 모든 크기, 패턴 및 직물 유형을 세심하게 선택하여 Vorteq의 스킨 슈트 팀이 조립합니다.

과거에 TotalSim은 경주용 자동차, 자전거 및 기타 물체를 스캔하기 위해 팔 기반 스캐너를 사용하고 있었지만, 사람들을 캡처하기 위해 이 스캐너를 사용할 때는 상당한 난관에 봉착해 그들의 오래된 기술로는 더 진행할 수 없었습니다.

그때 Vorteq는 3D 스캐닝의 모든 측면에서 전문가인 Artec Ambassador Central Scanning의 도움을 받았습니다. 현장 방문 및 상담 중에 Central Scanning의 전문가들은 터치스크린이 내장되어 있고 캡처 속도가 최대 80fps인 혁신적인 휴대용 3D 스캐너이자 단 몇 분 안에 사람 등 중형 크기의 물체를 캡처하는 데 탁월한 무선 스캐너인 Artec Leo를 추천했습니다. TotalSim은 과거에 CFD 및 계측 작업에 Artec Eva와 Artec Spider 두 대의 Artec 스캐너를 사용하였으므로 Artec의 높은 수준의 스캐닝 기술에 이미 익숙했습니다.

Silverstone Sports Engineering Hub에서 라이더의 스캔을 표시하는 Artec Studio 소프트웨어와 통합된 Artec Leo 3D 스캐너

Vorteq의 Sam Quilter와 그의 동료들은 Leo가 사이클리스트의 정확한 해부학적 구조를 빠르고 정확하게 캡처하는 속도를 보고 자신들에게 적합한 도구를 찾았다는 것을 알았습니다. 새로운 Leo를 인수한 후 몇 시간 만에 그들은 디지털 캡처 작업 흐름을 만들기 시작했으며 이 작업에 대해 다음과 같이 설명하는 Quilter는

“라이더는 자전거와 함께 풍동으로 들어와서 플랫폼에 자전거를 장착하고, 뛰고, 저는 Leo를 사용하여 5~6분 만에 두 위치에서 정확한 고해상도 컬러 3D로 라이더를 캡처합니다. 그런 다음 신발을 사방에 캡처하는 데 1분 밖에 걸리지 않습니다. 기본적으로 이것은 10분 안에 그 선수에 대한 캡처를 완전히 마치고 다른 곳으로 갈 수 있다는 것을 의미합니다. 저는 해부학적으로 정확하고 총알만큼 빠른 Vorteq 스킨 슈트를 디자인하는 데 필요한 모든 것을 가지고 있습니다. 한 번도 스캔을 다시할 필요가 없습니다”라고 말했습니다.

Artec Leo로 라이더를 3D 스캔하는 계측 엔지니어 Sam Quilter

Quilter는 계속해서 “우리는 일반적으로 속옷을 입은 사이클리스트를 스캔하여 신체를 최대한 자세하게 파악하여 스킨 슈트를 디자인할 때 정확한 해부학적 구조를 볼 수 없도록 막는 직물이 포함된 스캔으로 설계하면 할 수 없는 방식으로 스킨 슈트를 사이클리스트의 해부학적 구조에 완벽하게 올려 놓습니다.

Silverstone Sports Engineering Hub에서 Artec Leo로 라이더 3D 스캐닝

우리는 스킨 슈트를 만들 때 Leo 스캔에서 직접 작업하고 있으므로 우리가 얻는 것은 측정치가 아니라 사용되는 정확한 물리적 데이터이며 그 차이는 중요합니다. 물리적 측정치를 얻고 나서 이 측정치를 CAD 시스템 또는 우리가 사용하는 연산 드레이핑 시스템에 입력하면 변환 과정에서 무언가를 잃을 수 있습니다. 그리고 그 무언가가 쉽게 스킨 슈트를 만드는 데 있어 부정확한 치수를 유발할 수 있으며, 이러한 일은 우리가 절대 받아들일 수 없습니다. 하나의 작은 측정으로도 여기저기 주름이 생기거나 직물이 늘어날 수 있습니다. 따라서 우리에게는 어떻게 Leo를 통해 스킨 슈트를 입을 선수의 정확한 신체 데이터를 얻느냐가 매우 중요합니다”라고 말했습니다.

Quilter는 이 프로세스를 “선수가 문으로 걸어 들어오고 우리가 Leo로 스캐닝을 시작한 다음 Artec Studio를 사용하여 스캔을 후처리할 때부터 Geomagic Wrap에서 3D 모델링 작업을 수행하고 마지막으로 스킨 슈트를 만들 때 사용할 3D 모형을 내보낼 때까지 우리는 대략 총 2시간이 소비될 것으로 보며, 이는 과거에는 어림도 없는 절대 불가능했던 일이었습니다. 경주에 입고 나갈 스킨 슈트의 총 제작 시간까지 현재는 2일이 걸리지만, 그 격차가 좁아지고 있어 우리는 24시간의 작업 소요 시간을 목표로 하고 있으며, 이는 머지않아 이루어질 것이라고 확신합니다”라고 요약했습니다.

SSEH의 스포츠 성능 풍동에서 라이더를 3D로 스캐닝

Quilter는 Artec Studio에서 수행하는 후처리 작업 흐름을 “Leo는 작업을 쉽게 해 줍니다. Artec Studio에는 전혀 많은 단계가 필요하지 않습니다. 기본적으로 Leo 데이터를 입력하여 모든 것을 시각적으로 다시 확인한 다음 지우개 도구를 사용하여 몇 번의 클릭으로 가끔 있는 불필요한 비트를 제거합니다. 각도뿐만 아니라 XYZ 포지셔닝을 얻기에 아주 좋은 기준점이기 때문에 보통 자전거를 스캔에 유지하고 나서 전역 정합으로 이동하며, 기본 설정이 문제없이 작동하기 때문에 이 기본 설정만 사용합니다. 데이터는 이미 사람에 적용해도 될 정도로 아주 깨끗하기 때문에 일반적으로 이상치 제거를 할 필요가 없습니다. 그런 다음 Smooth Fusion을 수행하고 몇 가지 다른 것을 조금 변경한 후에 Geomagic Wrap에서 사용할 수 있도록 STL 파일로 내보냅니다”라고 설명했습니다.

“때로는 선수들이 스캐닝하는 동안 손가락을 움직이며 우리는 그 문제를 해결해야 하므로 저는 Geomagic Wrap에서 Decimate 도구를 사용하여 삼각형 카운트를 더욱 낮추고, 스캔에 있으면 안 되지만 아주 가끔 있을 수 있는 주름이 제거되면 Relax 명령을 사용한 다음 결함을 제거할 수 있는 Smooth 명령으로 이동합니다. 모든 작업을 마친 후에는 연산 드레이핑 소프트웨어에 사용하기 위해 그것을 OBJ 파일로 내보냅니다”라고 Quilter는 말했습니다.

Vorteq의 최신 제품은 Leo를 사용하여 해부학적으로 정확한 선수의 마네킹을 3D 프린팅하기 위한 스캔을 만드는 것입니다. 이러한 마네킹은 선수들이 Vorteq 사무실을 방문하지 않고도 새로운 스킨 슈트를 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어, 한 사이클리스트가 지구 반대편에서 훈련하고 있는데 특별히 대부분 평지에서 하지만 긴 내리막길도 있는 곧 있을 장거리 타임 트라이얼 경기를 위해 스킨 슈트가 필요하다고 생각해 봅시다. Vorteq는 선수의 3D 마네킹을 통해 맞춤형 스킨 슈트를 만들고, 풍동에서 여러 직물과 패턴을 테스트하고, 몇 시간 안에 새로운 스킨 슈트를 제작한 다음 지구 반대편이든 어디든 전달할 수 있습니다. 현재 맞춤형 마네킹 프로세스는 2일이 채 걸리지 않지만 나날이 그 일수가 줄어들고 있습니다. 새로운 3D 프린팅된 마네킹을 만드는 목표 작업 소요 시간은 3D 스캔에서 완료까지 24시간입니다.

조립 및 풍동 내 사용을 위해 준비된 Vorteq 마네킹 구성품

Quilter는 “예를 들어, 실제 크기의 마네킹을 사용하면 팔에만 별개로 직물에 대한 풍동 테스트를 수행하여 다양한 직물과 패턴이 드래그 감소에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 그로 인해 한계 이익이 실제로 증가합니다. 풍동에 살아 있는 라이더가 있으면  라이더가 아주 미세하게라도 움직이기 때문에 해결해야 할 흔들림의 요인이 있을 것이며, 이는 결과물에 영향을 미칩니다. 살아 있는 라이더에게서는 완벽하게 정지된 마네킹에서 얻을 수 있는 정확한 측정치를 얻을 수 없으며, 변경된 유일한 요인은 착용한 직물뿐입니다.

마네킹은 피곤해하지 않으며 항상 전혀 움직이지 않기 때문에 직물과 디자인이 항력과 성능의 측면에서 어떤 유형의 변화를 일으키는지 정확히 알 수 있습니다"라고 3D 프린팅된 마네킹의 필요성에 대해 말했습니다.

TotalSim은 또한 사이클리스트 및 팀을 위한 생체 역학적 상담 및 교육을 제공하여 선수의 어떤 몸의 위치, 장비 조정, 라이딩 습관 및 복장이 자신의 힘, 항력, 지구력 등을 향상하거나 감소할 수 있는지 조언합니다.

The Silverstone Sports Engineering Hub 스포츠 성능 풍동

“우리의 임무는 이미 경기의 최상위권에 있는 진지한 선수들이 합하면 실제로 정상에 올라 승리를 거두는 데 도움이 되는 그러한 우위를 줄 수 있는 많은 '작은' 이득을 발견하도록 돕는 것입니다”라고 Quilter는 말했습니다.

Vorteq의 스킨 슈트와 TotalSim의 생체 역학 컨설팅 및 교육 서비스뿐만 아니라 그들은 사이클링팀을 포함한 다양한 고객에게 스캐닝 서비스도 제공합니다. Leo는 회사에서든 영국 또는 해외에서든 프로젝트를 주도하는 모든 곳에서 그들의 3D 스캐닝 능력에 중추적인 역할을 했습니다.

Quilter는 “당사가 사용하던 이전 스캐너와 달리 Leo는 하드웨어를 추가할 필요 없이 Leo 자체만으로도 전 세계 어디에서나 스캐닝을 수행할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이런 유형의 자유는 환경과 관련하여 정확히 실험실이 아닌 임의의 먼 곳으로 갈 때 엄청난 것입니다”라고 설명했습니다.