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通过3D建模和数字制造模拟真正的登山

周六,亚历克斯·霍诺德(Alex Honnold)成为第一位完成尤西米特(Yosemite)3,000英尺El Capitan Wall的独奏,无绳攀登的登山者。国家地理将他的成就描述为“这项运动历史上纯岩石攀岩可能是最伟大的壮举。”即使有20多年的攀登经验,Honnold在美国,中国,欧洲和摩洛哥的各个地方都花了一年多的时间来秘密培训。

一群以达特茅斯大学领导的研究人员磨练自己的技能来进行历史性的攀登,使用了最新技术来应对从完全不同的角度攀岩的挑战:他们使用了3D扫描,3D建模和数字化制造在室内攀岩墙上重新创建实际的户外攀岩路。

团队的工作引起了人们的注意CNN,说:“虽然室外路线长期以来一直是室内攀岩体育馆的灵感来源,但该团队的方法将使登山者实际上可以测试现实生活中的路线,而无需在那里旅行。透明

图片来源:达特茅斯学院。

这些重建不是其现实世界中的相同的复制品。那本来是成本高昂的。取而代之的是,团队对人类如何与户外攀登进行互动为零。重建集中在关键岩石上的重建是登山者,用于上升困难的攀登路线或关键。这样,他们就可以在不重新创建整个山地的情况下重建在室内结构上攀爬的困难。团队的研究项目在丹佛的计算系统中人为因素的第35届年度计算机模型会议上发表。

“By fabricating only key pieces of the rock face, we’re able to recreate outdoor environments without the need for oversized gantries or other non-standard manufacturing equipment,” claimed Emily Whiting, lead author and an assistant professor of computer science at Dartmouth College.

重新创建关键

娱乐活动是基于来自新罕布什尔州和犹他州两个专业攀岩地点的关键。多视图立体声图像是攀岩者上升的攀岩者。这提供了登山者身体定位的3D视图。

该视频用于估计登山者的3D骨骼姿势,显示了他的手和脚的位置。它还用于估计接触力方向。这使研究人员能够确定必须重新创建山地的哪些部分:仅登山者联系山地的部分。

一旦将路线,岩石功能和接触点进行了3D建模,团队就创建了每个攀登的两个版本。一个是用3D打印机创建的,而另一个是使用计算机引导的路由器从高密度泡沫雕刻而成的。两组用于纹理比较。该团队发现用泡沫模具创建的场景具有更现实的表面纹理。

岩石的泡沫模具保持。图片来源:达特茅斯学院。

当岩石固定在捏造时,团队必须精确地在室内攀岩体育馆找到储藏室。为此,他们绘制了T-nut紧固件在攀岩健身墙上的位置。这是模具被螺栓固定的地方。MATLAB圆形霍夫转换用于识别健身房墙壁照片中的T-nuts。然后,他们运行了一个优化过程,以找到每个攀爬保持的最佳连接点,以准确重新创建户外攀爬。

(左)白色保持形式该复制路线是通过找到与体育墙中永久安装的T-nuts的最佳匹配来定位的。(右)T-nut位置显示为蓝色圆圈。红色圆圈对应于保持中心和交叉对应于最佳T-NUT匹配。图片来源:达特茅斯学院。

重新创建攀登

然后,团队让登山者在室内健身房上升。新的攀登也被录制了。研究发现,同一登山者将在重新创建的关键中使用几乎相同的身体姿势,表明该路线的副本成功。这表明,所有技能水平的登山者都可以训练以攀登特定的山脉,而无需前往它们。也许我们接下来会看到优胜美地的El Capitan的室内版本!

(顶部)新罕布什尔州塔坦的原始攀登。(底部)同一登山者上升了重建的关键。图片来源:达特茅斯学院。

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