研究论文

利用纤维素颗粒和普及显示技术进行水流可视化的可行性研究

作者:

春一 Suwa公司,

高石（Takashi）宫崎骏,

六月雷基莫托作者信息和声明

PerDis’19：第八届ACM普及显示国际研讨会会议记录

文章编号：3，页数1-8

https://doi.org/10.1145/3321335.3324933

出版:2019年6月12日出版历史

获取访问权限

摘要

了解游泳者周围的水流是减少游泳时水阻力和提高推进力的关键，因为在身体周围产生较少湍流的游泳者可以游得更快。然而，现有的水流测量技术不适合测量人类游泳运动员，因为它们只能测量有限的面积，并且对游泳运动员的健康有潜在的不利影响。在本研究中，我们提出了一种使用食品级颗粒和无害光源的无害水流量测量方法。为了可视化水的运动，将纤维素颗粒（微晶纤维素）引入水中。我们使用纤维素颗粒的光学特性，称为双折射，当置于左右圆极化板之间时，双折射比周围环境更亮，并且可以使用现有的颗粒跟踪方法进行流量测量。拟议的水流测量技术主要旨在加强游泳训练。然而，这项技术也有助于水下人机交互的发展，以及更广泛的基础流体动力学教育。为了测试拟议的水流测量技术测量微小水流（如湍流）的能力，我们准备了各种形状的物体，包括球形物体（高阻力）、流线型物体（低阻力）和以几种游泳形式构成的人形娃娃，并将其放入水流稳定的水箱中。使用拟议的流量测量技术对预期的水流进行了观测和测量。

工具书类

[1]

AA Adamczyk和L Rimai。1988.二维粒子跟踪测速（PTV）：技术和图像处理算法。流体实验6, 6 (1988), 373--380.

[2]

罗纳德·亚德里安（Ronald J Adrian）和杰里·韦斯特威尔（Jerry Westerweel）。2011粒子图像测速剑桥大学出版社。

[3]

路易斯·艾利。1952.对游泳爬泳中的水阻力和推进力的分析。《研究季刊》。美国健康、体育和娱乐协会23, 3 (1952), 253--270.

[4]

苏美达水族馆。{n.d.}。企鹅糖果-苏美达水族馆投影地图。网址：https://www.sumida-aquarium.com/en/。

[5]

荒木君、和田正久、久贺和冈野武史。1998年。通过天然纤维素的酸处理制备的微晶纤维素悬浮液的流动特性。胶体和表面A：物理化学和工程方面142, 1 (1998), 75--82.

[6]

S Ardizzone、FS Dioguardi、T Mussini、PR Mussini，S Rondinini、B Vercelli和A Vertova。1999.微晶纤维素粉末：结构、表面特征和吸水能力。纤维素6, 1 (1999), 57--69.

[7]

罗伯特·D·布莱文斯。1984年，应用流体动力学手册。纽约，Van Nostrand Reinhold Co.，1984年，568页。(1984).

[8]

Damien Bordel、Jean-Luc Putaux和Laurent Heux。2006.天然纤维素在电场中的定向。朗缪尔22, 11 (2006), 4899--4901.

[9]

格里戈尔·C·伯迪亚和菲利普·考夫特。2003虚拟现实技术约翰·威利父子公司。

数字图书馆

[10]

汤姆·卡特、苏·安·西奥、本杰明·朗、布鲁斯·喝水和斯里拉姆·萨布拉曼尼亚。2013年。超触觉：触摸表面的多点空中触觉反馈。在第26届ACM用户界面软件和技术年度研讨会会议记录.美国医学会，505--514。

数字图书馆

[11]

约翰·P·卡特。1994年。气味/味道：现实中的气味。在IEEE系统、人与控制论国际会议论文集，第2卷。IEEE，1781——卷。

[12]

Elena Ceseracciu、Zimi Sawacha、Silvia Fantozzi、Matteo Cortesi、Giorgio Gatta、Stefano Corazza和Claudio Cobelli。2011年，前爬泳无标记分析。生物力学杂志44, 12 (2011), 2236--2242.

[13]

雷蒙德·科恩（Raymond CZ Cohen）、保罗·W·克利里（Paul W Cleary）和布鲁斯·梅森（Bruce Mason）。2009年，使用平滑粒子流体动力学模拟人类游泳。在第七届矿物和加工行业CFD国际会议，澳大利亚墨尔本.

[14]

Kunal Das、Dipa Ray、NR Bandyopadhyay和Suparna Sengupta。2010年。通过XRD、FTIR、纳米压痕、TGA和SEM研究来自不同可再生资源的微晶纤维素颗粒的特性。聚合物与环境杂志18, 3 (2010), 355--363.

[15]

VA Del Grosso和CW Mader。1972年纯水中的声速。美国声学学会杂志52，5B（1972），1442-1446。

[16]

L Gui和W Merzkirch。MQD方法和几种基于相关性的PIV评估算法的比较研究。流体实验28, 1 (2000), 36--44.

[17]

A Haider和O Levenspiel。1989年。球形和非球形颗粒的阻力系数和终端速度。粉末技术58, 1 (1989), 63--70.

[18]

喜来登酒店。{n.d.}。Raylight4D™-水池和水中的3D投影贴图。htp://pointcloudmedia.com/。

[19]

Clifford A Hui。1987年，游泳海豚的力量和速度。哺乳动物学杂志68, 1 (1987), 126--132.

[20]

丹尼尔·詹姆斯（Daniel A James）、雷蒙德·利德贝特（Raymond I Leadbetter）、马杜苏丹·劳·内利（Madhusudan Rao Neeli）、布伦丹·J·伯克特（Brendan J Burkett）、大卫·V·泰尔（David V Thiel）和詹姆斯·。2011.用于游泳划水生物力学分析的综合游泳监测系统。体育科技4, 3--4 (2011), 141--150.

[21]

蒋厚硕（Houshuo Jiang）、托马斯·奥斯本（Thomas R Osborn）和查尔斯·梅内沃（Charles Meneveau）。2002.自由泳桡足动物周围稳定运动的流场。第一部分：理论分析。浮游生物研究杂志24, 3 (2002), 167--189.

[22]

SK Kim和SK Chung。2004年。通过断层PIV对紊乱鼻腔气流及其校正模型的研究。测量科学与技术15, 6 (2004), 1090.

[23]

James M Lattimer和Mark D Haub。2010年。膳食纤维及其成分对代谢健康的影响。营养物2, 12 (2010), 1266--1289.

[24]

安德鲁·莱特尔（Andrew D Lyttle）、布莱恩·布兰克斯比（Brian A Blanksby）、布鲁斯·埃利奥特（Bruce C Elliott）和大卫·劳埃德（David G Lloyd）。1999.研究自由式翻转转身推倒动作的动力学。应用生物力学杂志15, 3 (1999), 242--252.

[25]

HG Maas、A Gruen和D Papantoniou。1993年，三维流动中的粒子跟踪测速。流体实验15, 2 (1993), 133--146.

[26]

彼得·马诺夫斯基（Peter Manovski）、马泰奥·贾科贝洛（Matteo Giacobello）和保罗·雅克明（Paul Jacquemin）。2014通用潜艇模型上的烟雾流可视化和粒子图像测速测量技术报告。国防科技组织渔民协会（澳大利亚。。。。

[27]

Daniel A Marinho、Victor M Reis、Francisco B Alves、Joáo P Vilas-Boas、Leandro Machado、António J Silva和Abel I Rouboa。2009年，游泳滑翔时的流体动力阻力。应用生物力学期刊25, 3 (2009), 253--257.

[28]

K Matsuuchi、T Miwa、T Nomura、J Sakakibara、H Shintani和BE Ungerechts。2009年。人体手周围的不稳定流场和游泳中的推进力。生物力学杂志42, 1 (2009), 42--47.

[29]

艾琳·E·麦金太尔（Erin E McIntyre）、诺希尔·A·朗格拉纳（Noshir A Langrana）、蒂莫西·韦（Timothy Wei）和艾布拉姆·沃希斯（Abram Voorhees）。2003年。流线型游泳的速度曲线：阻力量化。在夏季生物工程会议，6月. 25--29.

[30]

梅林。1997年。粒子图像测速的示踪粒子和播种。测量科学与技术8, 12 (1997), 1406.

[31]

Kouta Minamizawa、Souichiro Fukamachi、Hiroyuki Kajimoto、Naoki Kawakami和Susumu Tachi。2007.重力抓取器：可穿戴的触觉显示，呈现虚拟的大规模感觉。在ACM SIGGRAPH 2007新兴技术.ACM，第8页。

数字图书馆

[32]

托马斯·莫斯伦德（Thomas B Moeslund）、阿德里安·希尔顿（Adrian Hilton）和沃尔克·克鲁格（Volker Krüger）。2006.基于视觉的人体运动捕捉和分析进展调查。计算机视觉与图像理解104, 2--3 (2006), 90--126.

数字图书馆

[33]

托尼·莫内（Tony Monnet）、马蒂亚斯·萨姆森（Mathias Samson）、安东尼·伯纳德（Anthony Bernard）、劳伦特·戴维（Laurent David）和帕特里克·拉库图雷（Patrick Lacouture）。2014.使用运动捕捉系统测量游泳过程中的三维手运动学：可行性研究。体育工程17, 3 (2014), 171--181.

[34]

R Morales、P Keitler、P Maier和G Klinker。2009年。用于商业潜水作业的水下增强现实系统。在2009年海洋展IEEE，1-8。

[35]

中岛本茂（Motomu Nakashima）、佐藤肯恩（Ken Satou）和三浦康夫（Yasufumi Miura）。2007年，开发了考虑刚体动力学和全身非定常流体力的游泳人体模拟模型。流体科学与技术杂志2, 1 (2007), 56--67.

[36]

成田贤三（Kenzo Narita）、中岛本茂（Motomu Nakashima）和高木秀吉（Hideki Takagi）。2018年。腿踢对前爬泳中主动阻力的影响：前爬泳和流线型体位中全泳和单臂泳的比较。生物力学杂志(2018).

[37]

Hiroyuki Osone、Takatoshi Yoshida和Yoichi Ochiai。2017年。优化HMD系统，实现水下VR体验。在计算机娱乐发展国际会议施普林格，451--461。

数字图书馆

[38]

白步根、李钟武和李桑俊。2004.带旋转螺旋桨的集装箱船模型周围流动的PIV分析。流体实验36, 6 (2004), 833--846.

[39]

Julien Pansiot、Benny Lo和Guang-Zhong Yang。2010年，使用BSN.In进行游泳泳姿运动学分析2010年人体传感器网络国际会议IEEE，153--158。

数字图书馆

[40]

本·派珀（Ben Piper）、卡洛·拉蒂（Carlo Ratti）和石井浩（Hiroshi Ishii）。2002.照明粘土：用于景观分析的三维有形界面。在SIGCHI计算机系统人为因素会议记录.ACM，355至362。

数字图书馆

[41]

Markus Raffel、Christian E Willert、Jürgen Kompenhans等人，2007年。粒子图像测速：实用指南Springer科学与商业媒体。

[42]

卡洛·拉蒂（Carlo Ratti）、姚旺（Yao Wang）、石井浩（Hiroshi Ishii）、本·派珀（Ben Piper）和丹尼斯·法国人（Dennis Frenchman）。2004.有形用户界面（TUI）：GIS的一种新范式。GIS中的事务8, 4 (2004), 407--421.

[43]

斯科特·里瓦尔德和斯科特·罗德奥。2015游泳更快的科学人类动力学。

[44]

Olaf Ronneberger、M Raffel和J Kompenhans。1998年。标准和双平面粒子图像测速的高级评估算法。在第九届激光技术应用于流体力学国际研讨会论文集，葡萄牙里斯本，第10卷。13--16.

[45]

M Sadatomi、A Kawahara、K Kano和A Ohtomo。2005.一种新型微气泡发生器的性能，该发生器在流动水管中具有球形主体。实验热与流体科学29, 5 (2005), 615--623.

[46]

David H Sliney和J Mellerio，2013年。激光和其他光源的安全：综合手册Springer科学与商业媒体。

[47]

Rajinder Sodhi、Ivan Pouperiv、Matthew Glisson和Ali Israr。2013年，AIREAL：自由空气中的互动触觉体验。ACM图形事务处理（TOG）32, 4 (2013), 134.

数字图书馆

[48]

E Stamhuis和J Videler。1995年。使用激光片粒子图像测速仪对水生动物周围的流动进行定量分析。实验生物学杂志198, 2 (1995), 283--294.

[49]

Hideki Takagi、Motomu Nakashima、Yohei Sato、Kazuo Matsuuchi和Ross H Sanders。2016.人体游泳运动的数值和实验研究。体育科学杂志34, 16 (2016), 1564--1580.

[50]

Hideki Takagi和Ross Sanders。2002.竞技游泳时手推进力的测量。运动工程学4 (2002), 631--637.

[51]

Hideki Takagi、Shohei Shimada、Takahiro Miwa、Shigetada Kudo、Ross Sanders和Kazuo Matsuuchi。2014.划船运动中作用在手上的非定常水动力及其流场。人体运动科学38 (2014), 133--142.

[52]

Hideki Takagi和Barry Wilson。1999.利用游泳中的压差计算水动力。游泳生物力学与医学VIII(1999), 101--106.

[53]

高桥浩三和WH Allan。1984.浮游有孔虫：控制下沉速度的因素。深海研究A部分：海洋学研究论文31, 12 (1984), 1477--1500.

[54]

Teamlab。｛n.d.｝。由teamLab设计的电脑生成锦鲤鱼交互式池塘。https://planets.teamlab.art/tokyo/。

[55]

安妮·米勒·塞耶。1992年。手压是游泳中合力和推进力的预测因子。生物力学杂志27, 5 (1992), 598.

[56]

丰田章平、河野美彦和雷基本。2019年，数据后增强，以改进对极限运动和野生运动的深姿态估计。arXiv预打印arXiv:1902.04250(2019).

[57]

约翰·P·特鲁普。1999.竞技游泳的生理学和生物力学。运动医学诊所18, 2 (1999), 267--285.

[58]

T Van Hooff、B Blocken、T Defraeye、J v Carmeliet和GJF Van Heijst。2012.缩比模型中过渡流的PIV测量和分析：具有Coanda效应的自由平面射流通风。建筑与环境56 (2012), 301--313.

[59]

阿尔弗雷德·冯·洛贝克、拉贾特·米塔尔、拉塞尔·马克和詹姆斯·哈恩。2009年，人类游泳中水下海豚踢水动力学分析的计算方法。运动生物力学8, 1 (2009), 60--77.

[60]

格雷厄姆·B·沃利斯。1974。无限介质中单个液滴或气泡的最终速度。国际多相流杂志1, 4 (1974), 491--511.

[61]

菲利普·沃纳特（Philippe Wernert）、沃尔夫冈·盖斯勒（Wolfgang Geissler）、马库斯·拉斐尔（Markus Raffel）和尤尔根·孔本汉（Juergen Kompenhans）。1996年。俯仰翼型动态失速的实验和数值研究。AIAA期刊34, 5 (1996), 982--989.

[62]

B威内克。2005.在粒子图像上使用自校准的立体PIV。流体实验39, 2 (2005), 267--280.

[63]

TM Williams和GL Kooyman。1985年。海豹Phoca vitulina的游泳性能和水动力特性。生理动物学58, 5 (1985), 576--589.

[64]

MJ Wolfgang、JM Anderson、MA Grosenbaugh、DK Yue和MS Triantafylou。1999.游泳鱼类的近体流动动力学。实验生物学杂志202, 17 (1999), 2303--2327.

[65]

山下Shogo Yamashita、Suwa Shunichi、Miyaki Takashi和Jun Rekimoto。2019.使用人造食品级鱼卵作为示踪粒子测量游泳运动员的水流。在第五届ACM国际合作HCI与用户体验大会论文集.ACM公司。

数字图书馆

[66]

山下昭吾、张欣磊和Jun Rekimoto。2016.AquaCAVE：通过沉浸式环绕屏幕虚拟现实增强游泳环境。在第29届用户界面软件与技术年会论文集美国医学会，183--184。

数字图书馆

[67]

山下Shogo Yamashita、Zhang Xinlei、Miyaki Takashi、Shunichi Suwa和Jun Rekimoto。2017年，利用透明示踪粒子对环绕屏幕游泳池的水流进行可视化。在第八届增强人类国际会议记录ACM，11-20。

数字图书馆

引用人

林斯基五世沙伊克·Svan Hout R型(2023)利用光学活动可视化颗粒流流体实验10.1007/s00348-023-03570-664:2在线发布日期：2023年1月25日
https://doi.org/10.1007/s00348-023-03570-6

索引术语

利用纤维素颗粒和普及显示技术进行水流可视化的可行性研究
1. 以人为中心的计算
  1. 可视化
    1. 可视化技术

建议

纳米纤维素流动双折射流体测量技术
SIGGRAPH’19:ACM SIGGRAP 2019海报

我们提出了一种潜在的流体测量技术，旨在通过流体模拟和运动分析支持水上运动的生物力学研究。将纤维素纳米纤维作为示踪粒子引入水中，以可视化水的运动。。。
用人工饲料级鱼卵作示踪粒子测量游泳运动员的水流
CHIuXiD'19：第五届国际ACM合作HCI和UX会议记录

水流与游泳速度密切相关；因此，水上运动行业迫切需要测量水的三维运动的技术。然而，现有的流体测量方法不适合人类使用。。。
示踪粒子实现强化游泳训练三维水流测量的研究
AH’18：第九届增强人类国际会议记录

此前的研究表明，了解水的三维运动有助于提高游泳时的水动力。流体测量是通过将示踪粒子散射到液体中来进行的，摄像机跟踪这些粒子的运动。。。

评论

信息和贡献者

问询处

发布于

封面图片ACM其他会议

PerDis’19：第八届ACM普及显示器国际研讨会论文集

2019年6月

223页

国际标准图书编号：9781450367516

内政部：10.1145/3321335

总主席：
穆罕默德·哈米斯
英国格拉斯哥大学
,
萨尔瓦多索斯
意大利巴勒莫大学
,
课程主席：
杰西卡·考查德
以色列内盖夫本古里安大学
,
Vito Gentile公司
意大利巴勒莫大学

版权所有©2019 ACM。

如果复制品不是为了盈利或商业利益而制作或分发的，并且复制品的第一页载有本通知和完整引文，则允许免费制作本作品的全部或部分数字或硬拷贝以供个人或课堂使用。必须尊重ACM以外的其他人对本作品组成部分的版权。允许用信用证进行摘要。要以其他方式复制或重新发布，在服务器上发布或重新发布到列表，需要事先获得特定许可和/或付费。从请求权限[电子邮件保护]

出版商

计算机协会

美国纽约州纽约市

出版历史

出版：2019年6月12日

权限

请求对此文章的权限。

检查更新

作者标记

限定符

研究文章

会议

19年PerDis

PerDis’19：第八届ACM普及显示国际研讨会

2019年6月12日至14日

意大利巴勒莫

接受率

PerDis’19论文接受率67份提交中的26份，39%；

384份提交文件中的总体接受率213份，55%

贡献者

其他指标

查看文章指标

文献计量学和引文

文献计量学

文章指标

1
引文总数
查看引文
116
总下载次数

下载次数（过去12个月）11
下载次数（最近6周）0

反映截至2024年8月4日的下载量

其他指标

查看作者指标

引文

引用人

Rinsky V公司沙伊克·Svan Hout R型(2023)利用光学活动可视化颗粒流流体实验2007年10月7日/00348-023-03570-664:2在线发布日期：2023年1月25日
https://doi.org/10.1007/s00348-023-03570-6

视图选项

获取访问权限

登录选项

检查您是否可以通过登录凭据或您的机构访问本文。

完全访问权限

获取此出版物

查看选项

PDF格式

以PDF文件查看或下载。

电子阅读器

使用联机查看电子阅读器.

电子阅读器

媒体

数字

其他

桌子