mwirth-epo/epo-nmt-datasets huggingface dataset:
Afin d'évaluer l'aire frontale effective d'un cycliste, plusieurs procédés sont bien connus, ces différentes méthodes étant décrites dans la publication de Vincent Chabroux « Approche aérodynamique et biomécanique de l'amélioration des performances de cyclistes en course contre la montre » PhD thesis, Université de la Méditerranée, 2010 et dans la publication de F. Grappe.
2 In order to evaluate the actual frontal area of a cyclist, several methods are well known, these various methods being described in the publication by Vincent Chabroux "Approche a6rodynamique et biom6canique de l'amblioration des performances de cyclistes en course contre la montre" [Aerodynamic and biomechanical approach to improving cyclists' performance when trying to beat the clock] PhD thesis, Universit6 de la M6diterran6e, 2010 and in the publication by F. Grappe.
« Cyclisme et optimisation de la performance : sciences et méthodologie de l'entraînement. »
"Cyclisme et optimisation de la performance : sciences et m6thodologie de l'entrainement" [Cycling and performance optimization: training science and methodology].
Sciences et pratiques du sport, De Boeck, 2005.
Sciences et pratiques du sport, De Boeck, 2005.
Pour l'essentiel, ces procédés peuvent être classés en quatre groupes, l'analyse de puissance mécanique, la mesure par remorquage, la méthode par décélération et la mesure en soufflerie.
For the most part, these methods can be classified in four groups: mechanical power analysis, towing-based measurement, the deceleration method and wind tunnel measurement.
L'analyse de la puissance mécanique consiste à mesurer la puissance délivrée par le cycliste grâce à un wattmètre à différentes vitesses puis à évaluer la force de traînée au moyen d'une régression linéaire à partir desdites mesures de la puissance délivrée.
The analysis of the mechanical power consists of measuring the power delivered by the cyclist owing to a wattmeter at different speeds, then evaluating the drag using a linear regression from said delivered power measurements.
Cette méthode est relativement précise mais nécessite plusieurs essais en conditions réelles.
This method is relatively precise, but requires several tests under real conditions.
La mesure par remorquage consiste à mesurer les forces de traction en remorquant un cycliste sur sa bicyclette avec une voiture à vitesse constante.
The towing-based measurement consists of measuring the traction forces by towing a cyclist on his bicycle with a car moving at a constant speed.
Cette méthode est assez contraignante et manque de précision à cause des turbulences provoquées par le véhicule remorqueur.
This method is fairly restrictive and lacks precision due to turbulence caused by the towing vehicle.
La méthode par décélération consiste à mesurer la décélération du cycliste à différentes vitesses.
The deceleration method consists of measuring the deceleration of the cyclist at different speeds.
Ainsi, en utilisant les lois de Newton, on calcule la force de traînée.
Thus, by using Newton's laws, the drag is calculated.
Cette méthode est très lourde à mettre en place et nécessite que le cycliste soit immobile.
This method is very cumbersome to set up and requires the cyclist to be immobile.
Les mesures en soufflerie consistent à générer un flux d'air sur l'ensemble cycliste/bicyclette et à quantifier les forces de réaction au sol grâce à une plate-forme de force.
Wind tunnel measurements consist of generating a stream of air over the cyclist/bicycle unit and quantifying the reaction forces on the ground using a force platform.
Cette méthode, bien que la plus précise, est aussi la plus coûteuse.
This method, although the most precise, is also the most expensive.
On notera qu'en matière d' aérodynamisme, il est bien connu de déterminer des caractéristiques aérodynamiques et/ou mécaniques, telles que la déformation d'un objet ou la traînée d'un objet, par exemple, par des tests en soufflerie.
It will be noted that in aerodynamics, it is well known to determine aerodynamic and/or mechanical characteristics, such as the deformation of an object or the drag of an object, for example, using wind tunnel tests.
C'est le cas, notamment, des documents US 7,997,130 et US 2007/095135.
This is in particular the case for documents US 7,997,130 and US 2007/095135.
Le document US 7,997,130 décrit un système et un procédé pour mesurer la déformation d'un objet, tel qu'un avion de chasse par exemple, positionné dans un tunnel d'une soufflerie.
3 Document US 7,997,130 describes a system and method for measuring the deformation of an object, such as a fighter aircraft, for example, positioned in the tunnel of a wind tunnel.
L'objet est positionné dans le tunnel d'une soufflerie et un système d'acquisition d'un nuage de points représentant au moins une surface de l'objet est enregistré.
The object is positioned in the tunnel of a wind tunnel and a system for acquiring a cloud of dots representing at least one surface of the object is recorded.
L'objet est déplacé dans le flux du tunnel de la soufflerie et des nuages de points de la surface de l'objet sont également acquis au cours dudit déplacement afin de déterminer au moyen d'un système informatique, recevant les données relatives aux nuages de points, au moins la position de l'objet, son orientation et la déformation de la surface de l'objet.
The object is moved in the stream of the tunnel of the wind tunnel and clouds of dots of the surface of the object are also acquired during said movement in order to determine, using a computer system receiving the data relative to the clouds of dots, at least the position of the object, its orientation and the deformation of the surface of the object.
Le document US 2007/095135 décrit un procédé de détermination de la traînée d'un aéronef comprenant la fourniture d'un modèle de l'aéronef, qui est positionné dans un tunnel d'une soufflerie dans une orientation initiale déterminée, et une pluralité de capteurs d'orientation et d'inclinaison montés sur ledit modèle.
Document US 2007/095135 describes a method for determining the drag of an aircraft comprising providing a model of the aircraft, which is positioned in a tunnel of a wind tunnel in a determined initial orientation, and a plurality of orientation and incline sensors mounted on said model.
Le modèle est ensuite déplacé dans le flux du tunnel de soufflerie depuis son orientation initiale vers une seconde orientation afin de déterminer la traînée de l'aéronef dans les différentes orientations possibles de ce dernier.
The model is next moved in the tunnel of the wind tunnel from its initial orientation toward a second orientation in order to determine the drag of the aircraft in the various possible orientations of the latter.
Toutefois, outre le fait que ces méthodes soient particulièrement coûteuses compte tenu de la nécessité d'utiliser un tunnel de soufflerie, elles ne sont pas adaptées pour déterminer la résistance aérodynamique d'un cycliste notamment.
However, aside from the fact that these methods are particularly expensive in light of the need to use a wind tunnel, they are not suitable for determining the aerodynamic resistance of a cyclist in particular.
Récemment, une nouvelle méthode de mesure de la résistance aérodynamique a été proposée.
Recently, a new method for measuring aerodynamic resistance was proposed.
Cette méthode est notamment décrite dans les publications de T. Defraeye, B. Blocken, E. Koninckx, P. Hespel, and J. Carmeliet.
Defraeye, B. Blocken, E. Koninckx, P. Hespel, and J. Carmeliet.
« Aerodynamic study of différent cyclist positions : CFD analysis and full-scale wind-tunnel tests. »
"Aerodynamic study of different cyclist positions: CFD analysis and full-scale wind-tunnel tests."
J Biomech, 43(7) : 1262-1268, May 2010 et Peter Nicholas Doval.
J Biomech, 43(7) :1262-1268, May 2010 and Peter Nicholas Doval.
« Aerodynamic Analysis and Drag Coefficient Evaluation of Time-Trial Bicycle Riders. »
"Aerodynamic Analysis and Drag Coefficient Evaluation of Time-Trial Bicycle Riders."
PhD thesis, University of Wisconsin-Milwaukee, 2012.
PhD thesis, University of Wisconsin-Milwaukee, 2012.
Cette méthode consiste à coupler un modèle 3D du cycliste et de sa bicyclette obtenu grâce à un scanner avec un code de calcul numérique de dynamique des fluides.
This method consists of coupling a 3D model of the cyclist and his bicycle obtained using a scanner with a fluid dynamic digital calculation code.
Cette méthode permet d'obtenir des traînées aérodynamiques en accord avec celles mesurées en soufflerie.
This method makes it possible to obtain aerodynamic drags in accordance with those measured in a wind tunnel.
Elle présente l'avantage d'être réalisée à moindre coût et sans nécessité de se placer dans des conditions réelles.
It has the advantage of being done at a lower cost and without needing to use real conditions.
Toutefois, son principal inconvénient est qu'elle utilise un modèle statique qui n'est pas représentatif d'un cycliste en train de pédaler.
However, its main drawback is that it uses a static model that is not representative of a cyclist in the process of pedaling.
Divulguation de l'invention L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et un système de détermination de la résistance aérodynamique d'un objet ou d'une personne en mouvement de conception simple et peu onéreuse, permettant de mesurer sans contact la résistance aérodynamique d'un objet ou d'une personne, tel qu'un cycliste en mouvement, sans que ledit objet ou ladite personne ne se déplace par rapport au sol.
4 Brief description of the invention One of the aims of the invention is therefore to resolve these drawbacks by providing a method and a system for determining the aerodynamic resistance of a moving object or person having a simple and inexpensive design, allowing contactless measurement of the aerodynamic resistance of an object or a person, such as a moving cyclist, without said object or person moving relative to the ground.
On entend par personne en mouvement une personne ayant d'une part un mouvement de déplacement par rapport à un fluide tel que l'air par exemple, et d'autre part un mouvement propre, dans le cas du cycliste un mouvement de pédalage.
A moving person is a person who on the one hand is in motion relative to a fluid, such as the air, and on the other hand, in motion himself, for example a pedaling movement in the case of a cyclist.
A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de détermination de la résistance aérodynamique d'un objet ou d'une personne ayant un mouvement propre remarquable en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : acquisition entre deux instants tinitet tfinde nuages de points 3D correspondant aux positions dans l'espace de différents points positionnés en différents endroits de l'objet ou de la personne, détermination de modèles 3D en fonction du temps, pour chaque instant entre tinitet tfin, à partir des points des nuages de points acquis à chaque instant entre les instants tinitet tfin, simulation du déplacement des solides décrits par les nuages de points correspondant à l'objet ou à la personne dans un fluide, pour chaque instant entre les instants tinitet tfin, - calcul de la moyenne des forces de résistance aérodynamique exercée sur l'objet ou la personne en mouvement entre lesdits instants tinitet tfin.
To that end and according to the invention, proposed is a method for determining the aerodynamic resistance of an object or a person having its own movement, remarkable in that it includes at least the following steps:- acquiring, between two moments tinit and tan 3D clouds of dots corresponding to the spatial positions of various points positioned at different locations of the object or the person, - determining 3D models as a function of time, for each moment between ticit and tfi, from dots of the clouds of dots acquired at each moment between the moments ticit and tfi, - simulating the movement of the solids described by the clouds of dots corresponding to the object with a person in a fluid, for each moment between the moments ticit and tfi, - calculating the average of the aerodynamic resistance forces exerted on the moving object or person between the moments tinit and tfi,.
De préférence, ladite étape d'acquisition de nuages de points consiste au moins dans les étapes suivantes de : - projection d'un motif, tel qu'un Moiré par exemple, sur l'objet ou la personne, acquisition de plusieurs images du motif projeté entre les instants tinitet tfin, calcul par triangulation et enregistrement de la position de points appartenant au motif, entre les instants tinitet tfin.
Preferably, said step for acquiring clouds of dots consists of at least the following steps:- projecting a pattern, such as a moir6 on the object or person, - acquiring several images of the project a pattern between the moments ticit and ttin, - calculating by triangulation and recording the position of dots belonging to the pattern, between moments tinit and tfi,.
Par ailleurs, l'étape de détermination de modèles 3D en fonction du temps à partir des points des nuages de points acquis à chaque instant entre les instants tinitet tfinconsiste au moins dans les étapes suivantes de : application d'au moins un prétraitement des données relatives aux ensembles de nuages de points enregistrés, détermination d'un maillage à partir des données relatives aux ensembles de nuages de points enregistrés et traités.
Furthermore, the step for determining 3D models as a function of time from dots of the clouds of dots acquired at each moment between the moments tinit and tfi, consists of at least the following steps:- applying at least one preprocessing operation of the data relative to the recorded sets of clouds of dots, - determining a mesh from the data relative to the recorded and processed sets of clouds of dots.
Ladite étape de prétraitement des données relatives aux ensembles de points enregistrés consiste au moins dans une étape de filtrage des points aberrants et/ou de filtrage du bruit et/ou de lissage spatio-temporel.
Said step for preprocessing of the data relative to the recorded sets of dots consists of at least one step for filtering abnormal dots and/or filtering noise and/or spatiotemporal smoothing.
De plus, l'étape de simulation du déplacement des solides décrits par les nuages de points correspondant à l'objet ou à la personne dans un fluide, pour chaque instant entre les instants tinitet tfin, consiste au moins dans les étapes suivantes de : décomposition, dans une base orthogonale (i,j,k), du vecteur D correspondant au déplacement relatif du solide dans le fluide comme la différence entre le vecteur V correspondant au vecteur caractéristique du mouvement du fluide et le vecteur C correspondant au vecteur caractéristique du mouvement de l'objet ou de la personne, détermination du vecteur D en fonction de C, Vx, Vy et Vz, avec C la vitesse de l'objet ou de la personne en considérant que le mouvement de l'objet ou de la personne est réalisé suivant l'axe i, Vx la vitesse du vent selon l'axe i, Vy la vitesse du vent selon l'axe j et Vz la vitesse du vent selon l'axe k, détermination de la loi de probabilité jointe aux variables C, Vx, Vy et Vz, lesdites variables étant considérées comme des variables aléatoires non- indépendantes, correspondant à la densité P(C,Vx,Vy,Vz).
Furthermore, the step for simulating the movement of the solids described by the clouds of dots corresponding to the object with a person in a fluid, for each moment between the moments tinit and tfin consists of at least the following steps:- breaking down, in an orthogonal base (ij,k), the vector D corresponding to the relative movement of the solid in the fluid as the difference between the vector V corresponding to the characteristic vector of the movement of the fluid in the vector C corresponding to the characteristic vector of the movement of the object or the person, - determining the vector D as a function of C, Vx, Vy and Vz, with C the speed of the object or person considering that the movement of the object or person is done along the axis i, Vx the windspeed along the axis i, Vy the speed of the wind along the axis j and Vz the speed of the wind along the axis k, - determining the probability law joined to the variables C, Vx, Vy and Vz, said variables being considered non-independent random variables, corresponding to the density P(C,Vx,Vy,Vz).
Ladite moyenne des forces de résistance aérodynamique est déterminée en calculant l'intégrale quadruple du produit de la densité P(C,Vx,Vy,Vz) et des forces de résistance aérodynamique exercées sur l'objet ou la personne F(D(C,Vx,Vy,Vz)).
Said average of the aerodynamic resistance forces is determined by calculating the quadruple integral of the product of the density P(C,Vx,Vy,Vz) and the aerodynamic resistance forces exerted on the object or the person F(D(C,Vx,Vy,Vz)).
De manière avantageuse, la moyenne des forces de résistance aérodynamique peut être calculée en considérant que : l'écoulement du fluide est parallèle au plan horizontal, i.e que la composante Vx est nulle, et/ou - la force du vent V ne dépend pas de sa direction, et/ou la vitesse de l'objet ou de la personne ayant un mouvement propre ne dépend pas de la force V du vent ni de sa direction, et/ou le mouvement propre de l'objet ou de la personne est symétrique par rapport à l'axe défini par i, et/ou - les nuages de points sont enregistrés dans un intervalle de temps égal à la période du mouvement propre de l'objet ou de la personne.
6 Advantageously, the average of the aerodynamic resistance forces can be calculated considering that:- the flow of the fluid is parallel to the horizontal plane, i.e., the component Vx is zero, - the strength of the wind V does not depend on its direction, and/or - the speed of the object or person having its own movement does not depend on the strength V of the wind or its direction, and/or - the movement specific to the object or person is symmetrical relative to the axis defined by i, and/or - the clouds of dots are recorded in a time interval equal to the period of the specific movement of the object or the person.
Lesdits moyens de détermination de modèles 3D en fonction du temps à partir des points des nuages de points acquis à chaque instant entre les instants tinitet tfincomprennent au moins : des moyens de prétraitement des données relatives aux ensembles de nuages de points enregistrés, des moyens de détermination d'un maillage à partir des données relatives aux ensembles de nuages de points enregistrés et traités.
7 Said means for determining 3D models as a function of time from dots of the clouds of dots acquired at each moment between the moments tinit and tfin comprise at least:- means for preprocessing operation of the data relative to the recorded sets of clouds of dots, - means for determining a mesh from the data relative to the recorded and processed sets of clouds of dots.
Par ailleurs, les moyens de prétraitement des données relatives aux ensembles de points enregistrés consistent au moins dans un filtre des points aberrants et/ou un filtre du bruit et/ou des moyens de lissage spatio-temporel.
Furthermore, the means for preprocessing of the data relative to the recorded sets of dots consist at least of a filter for abnormal dots and/or a filter for noise and/or spatiotemporal smoothing means.
Lesdits moyens de simulation du déplacement des solides formés par les nuages de points correspondant à l'objet ou à la personne dans un fluide, pour chaque instant entre les instants tinitet tfin, comprennent au moins : des moyens de décomposition, dans une base orthogonale (i,j,k), du vecteur D correspondant au déplacement relatif du solide dans le fluide comme la différence entre le vecteur V correspondant au vecteur caractéristique du mouvement du fluide et le vecteur C correspondant au vecteur caractéristique du mouvement de l'objet ou de la personne, des moyens de détermination du vecteur D en fonction de C, Vx, Vy et Vz, avec C la vitesse de l'objet ou de la personne, en considérant que le mouvement de l'objet ou de la personne est réalisé suivant l'axe i, Vx la vitesse du vent selon l'axe i, Vy la vitesse du vent selon l'axe j et Vz la vitesse du vent selon l'axe k, des moyens de détermination de la loi de probabilité jointe aux variables C, Vx, Vy et Vz, lesdites variables étant considérées comme des variables aléatoires non-indépendantes, correspondant à la densité P(C,Vx,Vy,Vz).
Said means for simulating the movement of the solids formed by the clouds of dots corresponding to the object with a person in a fluid, for each moment between the moments tinit and tfi, comprise at least:- means for breaking down, in an orthogonal base (ij,k), the vector D corresponding to the relative movement of the solid in the fluid as the difference between the vector V corresponding to the characteristic vector of the movement of the fluid in the vector C corresponding to the characteristic vector of the movement of the object or the person, - means for determining the vector D as a function of C, Vx, Vy and Vz, with C the speed of the object or person considering that the movement of the object or person is done along the axis i, Vx the windspeed along the axis i, Vy the speed of the wind along the axis j and Vz the speed of the wind along the axis k, - means for determining the probability law joined to the variables C, Vx, Vy and Vz, said variables being considered non-independent random variables, corresponding to the density P(C,Vx,Vy,Vz).
La fonction F est obtenue par simulation numérique.
8 The function F is obtained by digital simulation.
Cette simulation numérique consiste à simuler un écoulement d'air autour de l'objet en mouvement, dont la direction est définie par le paramètre D. Cette simulation permet ainsi de mesurer virtuellement les forces de résistance aérodynamique exercées sur l'objet en mouvement.
This digital simulation consists of simulating a flow of air around the moving object, the direction of which is defined by the parameter D. This simulation thus allows a virtual measurement of the aerodynamic resistance forces exerted on the moving object.
Ladite simulation numérique s'appuie sur les équations de Navier-Stokes.
Said digital simulation is based on the Navier-Stokes equations.
Pour de meilleurs résultats, ladite simulation peut utiliser les équations Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) et plus particulièrement le modèle SST (Shear-Stress Transport), présenté dans Menter, F. R. (August 1994), "Two- Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications", AIAA Journal 32 (8): 1598-1605.
For better results, said simulation may use the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, and more specifically the SST (Shear-Stress Transport) model, described in Menter, F. R. (August 1994), "Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications", AIAA Journal 32 (8): 1598-1605.
Par ailleurs, la moyenne des forces de résistance aérodynamique peut être calculée en considérant que : l'écoulement du fluide est parallèle au plan horizontal, i.e que la composante Vx est nulle, et/ou la force du vent V ne dépend pas de sa direction, et/ou la vitesse de l'objet ou de la personne ayant un mouvement propre ne dépend pas de la force V du vent ni de sa direction, et/ou le mouvement propre de l'objet ou de la personne est symétrique par rapport à l'axe défini par i, et/ou les nuages de points sont enregistrés dans un intervalle de temps égal à la période du mouvement propre de l'objet ou de la personne.
Furthermore, the average of the aerodynamic resistance forces can be calculated considering that:- the flow of the fluid is parallel to the horizontal plane, i.e., the component Vx is zero, and/or - the strength of the wind V does not depend on its direction, and/or - the speed of the object or person having its own movement does not depend on the strength V of the wind or its direction, and/or - the movement specific to the object or person is symmetrical relative to the axis defined by i, and/or - the clouds of dots are recorded in a time interval equal to the period of the specific movement of the object or the person.