近几年来,户外服饰的使用场景经历了巨大的变化,这是由于功能性服饰的“时尚化”趋势和受众群体的不断扩张所引起的。诸如 The North Face、ARC’TERYX 等户外品牌不断推出时尚支线和联名系列,这些举措使得户外装备不仅局限于越野跑、露营、登山等,而是开始频繁出现在都市生活场景中。
这种趋势的背后是对功能性服装的需求,人们更加注重穿着舒适、外观时尚的服装,这种以生活方式为导向的需求推动了户外装备在都市生活中的普及。
不同风格的融合使得专业装备的使用范围变得模糊,跑鞋已不再局限于跑步爱好者的专属选择。它们的舞台已经开始从户外领域转移到了潮流时尚的舞台上。这一趋势推动着户外群体和潮流玩家的交集不断扩大,装备的选择开始逐渐靠拢。
当越野跑爱好者开始花费更多时间搭配运动造型时,如何设计出兼顾性能与外观设计的户外运动装备,自然成为了跑鞋设计师要面临的必然问题。
生物力学是一项复杂而精密的领域,应用力学原理和方法,对生物体中的力学问题定量研究的生物物理学分支,研究对象包含之广,从生物整体到系统、器官(包括血液、体液、脏器、骨骼等),从鸟飞、鱼游、鞭毛和纤毛运动到植物体液的输运等,极大地推动了力学和组织学、生理学、医学相结合。它主要涉及到人体骨骼、关节、肌肉等组织在运动过程中的力学行为,在研究运动鞋性能时,生物力学通过分析人体在不同运动过程中的运动学和动力学参数,来评估运动鞋的性能表现。
通过分析这些生物力学参数,可以深入了解人体运动的特点,为评估运动鞋的性能提供依据。在评价运动鞋性能时,通常会考虑以下几个方面:
支撑性能:运动鞋的支撑性能直接影响到运动者的稳定性和舒适度。在设计工程中,需要评估运动鞋在不同运动过程中对足部的支撑情况,以及鞋底的硬度、鞋面的材料等对支撑性能的影响。
缓震性能:运动过程中,足部会受到来自地面的冲击力,良好的缓震设计可以减少这种冲击对足部和身体的损伤。
稳定性能:在一些需要快速转向或频繁变换方向的运动中,良好的稳定性能可以帮助运动者保持平衡和控制动作。
透气性和舒适性:除了以上几个方面,运动鞋的透气性和舒适性也是重要的评价指标,需要评估运动鞋在不同运动强度下的透气性和舒适性,以及鞋面材料和内部结构对舒适性的影响。
从结构上看,运动鞋由鞋面、鞋垫、中底、大底几个方面构成,每个部分都有其对应的特性,要想全面的了解人与鞋的适配性,需要相应的生物力学传感器设备来辅助。
三维动作捕捉系统
运动捕捉是现代运动鞋设计的重要工具,可以为设计师提供丰富的数据支持。通过精准地采集运动者的姿势、动作和力量输出数据,设计师可以更好地了解运动者的运动模式和习惯,从而优化鞋子的设计。
光学动作捕捉一般需要在目标物体的关键位置贴上反光点(Marker点),利用高速红外摄像机捕捉目标物体上反光点的运动轨迹,从而反映目标物体在空间中的运动情况。
Qualisys三维运动捕捉系统基于亚毫米精确度的工业级镜头,配合带有跑姿分析插件的QTM软件,一键输出步行动作技术分析报告。这份报告包括视频和全身生物力学分析数据:身体倾斜/旋转角度、肘关节和腕关节运动轨迹、骨盆高度、髋关节角度、膝关节角度、足部触地方式等。
运动捕捉不仅可以帮助设计师优化鞋子的结构和材料,还可以用于验证设计效果。通过与实际运动数据的对比,设计师可以评估鞋子的设计是否达到预期效果,并进行必要的调整和改进。
运动捕捉设备还可以为科学研究和创新提供平台。通过分析运动者的运动模式和力量输出,可以发现新的设计理念和技术,推动运动鞋设计的不断创新。
表面肌电是指将单个或者多个肌细胞或者部分肌肉组织组织活动时产生的生物电变化,经电极引导,放大、记录和显示所获得的电压变化的一维时间序列信号图形。它可以通过专用的肌电仪或多导生理仪进行测量。每当肌肉收缩时,就会产生电活动,该电活动通过相邻的组织和骨骼传导,然后被相邻皮肤区域上的电极片记录下来。
表面肌电测量系统可以用于评估运动鞋在运动过程中对肌肉群的支撑和稳定性。通过监测运动者的肌肉活动情况,可以了解鞋子的设计是否能够有效地减轻肌肉负荷,提供足够的支撑和稳定性。基于这些数据,设计师可以优化鞋子的结构和材料,以提高其支撑性和稳定性。
通过监测关键肌肉群的活动情况,可以了解运动者在运动过程中的步幅、着地方式等信息。这些数据对于设计符合人体工程学原理的运动鞋具有重要意义,可以帮助设计师优化鞋子的结构和减少不必要的压力点。
基于表面肌电测量系统获取的数据,还可以实现个性化定制运动鞋的设计。通过了解运动者的肌肉活动模式和运动习惯,可以根据个体需求定制鞋子的压力分布和结构,提供更贴合用户需求的运动鞋体验。这种个性化定制不仅可以提高运动鞋的舒适性和性能,还可以提高用户的满意度和体验感。
除此之外,表面肌电测试系统有助于发现运动者的运动习惯和姿势存在问题,从而提前进行干预和调整,减少运动损伤的发生。设计出更加符合人体生理特征的运动鞋,可以有效降低足部和下肢的受伤风险。
三维力学测量系统
三维测力台系统可检测出站立或行走、跑跳时足底与支承面之间的压力(垂直、左右、前后三个方向),通过对这些压力数据的测量和分析,可以获得反映人体下肢的结构、功能乃至全身协调性等方面的生物力学信息。
三维测力台在运动鞋设计中的应用是一种创新且具有前景的方法。它能够准确地测量运动者在运动过程中对鞋子施加的力,并提供关键的数据支持,帮助设计师优化鞋子的结构和性能。
良好的压力分布是运动鞋设计的基石之一,直接影响着鞋子的舒适性和性能。一双设计合理的运动鞋能够为运动者提供良好的支撑、减轻压力,从而提高运动效率和舒适感。压力分布的合理设计不仅可以提升舒适性,还能预防运动损伤。比如,在跑步鞋的设计中,正确的压力分布可以减轻足部的冲击力,降低受伤风险。
TEKSCAN足底压力测量因其超薄外形和便携式的设计,可在实验室、办公室、健身房等任何平坦表面中进行测试,可以减少步态干扰。可以用于静态、动态足底状况和身体平衡能力的分析,被广泛应用于运动生物力学研究、运动鞋设计、步态分析、平衡分析,糖尿病足的测试、下肢骨关节疾病等临床及科研领域。
个性化定制也是压力分布设计的一个重要趋势。通过了解运动者的足部形态和运动习惯,可以定制鞋子的压力分布,提供更贴合个体需求的舒适性和性能。这种个性化设计不仅可以提高运动鞋的适应性,还可以提高用户的体验满意度。
压力感测纸
将PressureFilms压力感测纸放置于两个接触面之间,施于压力或者冲击力,取出感应膜,两个表面的压力分布效果即可呈现出来。PF非常薄并且有弹性(0.2 mm),其特点可应用于各种曲面。该产品可理想的用于在一些难以进入,极端环境和不易使用压敏电阻测量的有限空间。
PressureFilms压力感测纸精度可达图片像素级别,还原运动鞋鞋底花纹真实接触面积,以及花纹细节压强差异。可应用于篮球鞋、网球鞋、跑鞋等鞋底的花纹设计与研发,提升运动鞋产品止滑抓地性能。
MatchID-2D3D全场应变测量系统可以实现对振动物体表面全场3D位移,变形和应变测量。其应用领域遍及材料力学,疲劳及断裂力学,结构力学,冲击力学,振动力学,微纳米力学,生物力学等。
通过生物力学测试的结果,设计师和制造商可以了解到运动鞋在不同方面的性能表现,从而进行设计优化和改进。
例如,在支撑性能方面,可以调整鞋底硬度、鞋面材料和结构,以提供更好的支撑效果;在缓震性能方面,可以选择更适合的鞋底材料和结构,以减少地面冲击对足部的影响;在稳定性能方面,可以优化鞋底的设计和材料,以提供更好的稳定性。此外,生物力学测试还可以帮助设计师和制造商了解到运动鞋在不同运动场景下的性能需求,从而根据不同运动者的需求进行定制设计。
随着科技的不断进步,生物力学在运动鞋性能评价上的应用将会越来越广泛。未来,可能会出现更加先进和精密的生物力学测试方法,以及更加智能化和个性化的运动鞋设计。同时,随着人们对健康和舒适的需求不断增加,运动鞋的性能要求也会越来越高。因此,生物力学将会成为设计师和制造商们不可或缺的工具,帮助他们开发出更加符合市场需求的高性能运动鞋产品。