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第三廳:科學與工藝 Science & Techonologies



將自行車逐步拆解細分
的學習過程


現代自行車的樣貌是如何被設計出來的?

在見證了自行車的發展歷史之後,觀眾對於它們在歷史上扮演的角色已有初步的認知,但是為什麼自行車利用兩個輪子,就能保持平衡且快速前進?它們的材質、車架、車輪及各類零件等等都是如何決定的?這一廳的任務,便是帶領觀眾從摸索著基礎物理、直至材質的選擇、工藝的轉變,未來流行趨勢,甚至讓觀眾親自參與新款車架的設計,學習自行車的設計是如何從一個個微小的決策影響著騎乘的世界。

要訴說這些相對生硬冷澀的科技,除了將各種知識攤開在觀眾眼前,勢必有更加寓教於樂的方法,互動設計便在此發揮它極大的優勢。我們嘗試不只是將知識趣味化、平易化,而是引導觀眾從「觸摸」體驗到材質的差異,從「拉動」感受到騎乘斜坡造成的阻力,從「風動」真實見識空氣對於車架產生的風阻,從「透視」看見車架製作的嚴謹結構,從「轉動」感受不同齒盤的差異,甚至是讓觀眾自行從頭設計一組車架,並上傳給電腦分析結構,由淺入深的理解自行車世界的基礎科學。




回歸科學原理的展示手法

行進不止


遊客在走進第三廳後,首先面對的第一件裝置即是自行車原理的大哉問:行進中的腳踏車為何不會倒下?

為了有效說明,我們製作了一部介紹「陀螺效應」與「角動量現象」兩大現象的動畫影片,並在螢幕前方安置了一件可以實際操作的車輪裝置,遊客可以一邊看著影片的說明,一邊透過實作來驗證這些原理。

考慮到動畫影片中需呈現自然的動態,如陀螺倒下、輪胎的彈跳感,為了講究動態的精準度設計師們花費了大量的時間觀察路上的自行車是如何騎行運作,雖然影片風格維持如第二廳自行車劇場的風格,最後團隊仍選用了 3D 軟體中打造場景,模擬碰撞、旋轉的動態,並使用 Octane toon shader 保有原本 2D 的質感,並疊上紋理讓層次更豐富;至於自行車的轉動與綁定則使用 C4D Xpresso 當踏板被踩踏,輪子就會自然隨著轉動,以模擬最真實的動態。 



風格分鏡 Styleframes






感受重力的牽引


作為陪伴人們翻山越嶺的代步工具,自行車時常會面臨各種坡度的考驗,而「坡度比」便是衡量人們是否可以繼續騎行的數據;然而坡度比原理的公式繁複而難懂,遊客也不太有必要得知這背後的數字,為此我們直接讓遊客們藉由「轉動螢幕」去操作整個斜坡。

為了讓人們易於操作,我們將巨大的可轉動螢幕安裝牆上,將騎著自行車的小人固定在螢幕前的軌道上,並在螢幕兩側加上握把,此時整個裝置宛若巨大的船舵;當遊客握住握把轉動螢幕,螢幕內的介面便會實時顯示此時的坡度比,而軌道上的騎車小人也會因為轉動的角度而逐漸順著軌道下滑,遊客可以在觀看坡度數據的同時將小人往軌道上方拉起,並感受不同坡度帶來的重力差異。



裝置示意與實際成品




傳動系統


從固定到定速、定速到變速,隨著棘輪的演進,自行車的傳動系統不斷的改變著,每個時期都有各自的優缺與特性,與其使用圖說一一講解,我們決定將三種不統傳動系統安置在牆面上,為每個系統都提供一隻握把,並將各個系統的數據顯示在巨大的螢幕介面上。

當遊客轉動握把,便會牽引機械裝置產生動能,而藉由動能的牽引,上方的介面便會變動參數,顯示踏頻、時數、移動距離、圈數等等,使遊客實時體驗到不同齒輪間帶來騎行的巨大差異。







劃風而馳


設計一台自行車的車架原理極其複雜,而它們的「管型」其來有自,其中極度重要的因素之一就在於:風。

不同的自行車架管型,會製造出不同的迎風面積,進而產出不同的風阻。在長時間馳騁的賽事中,些微的風阻便會大大影響騎行的效率,因此車管的造型萬不得馬虎。

為了讓遊客們有感於風阻的影響,我們在打造了一座風動系統裝置:遊客可以自行放置各個車管的模型,並且按下風扇按鈕,狂風便會對著模型們吹動,一個個模型將化作小帆船,藉由各個模型被吹動前前後後的移動距離差異,遊客可以一眼輕易就判斷出風阻的巨大影響。

在此裝置的製作初期,我們發現封閉空間發現風量大小不可控,為此委託穀米機做了一系列精準計算,包含形狀阻力、整流艙、流體模擬(Flow simulation)等計算;對於模型的安裝與拆卸也做了精確的調整,最後利用公差與質心控制,以及高寬比的設計狀況下,達到無須插銷或卡榫,只使用磁鐵就能讓遊客自由切換的簡易操作介面。


裝置示意與實際成品



材質的演化


當代的自行車騎行者們或許很習慣腳下的「碳纖維」材質了,然而自行車最適合的材質究竟是什麼,兩百年來也經歷了大量的探索與試錯。曾經有人問出:為何不考慮使用銅、鐵、鋼,甚至是木頭去設計自行車呢?為了解答這個問題,我們也規劃了一個可以透過分析、比對材質而理解其優缺點的裝置。

此裝置包含了木頭、鋼鐵、鋁合金、鈦合金、碳纖維的材質按鈕,只要遊客觸碰到按鈕,螢幕上便會顯示該材質的各項數據,包含:密度、剛性、強度、韌性、吸震性等參數,而同時觸碰兩個材質,則會顯示材質之間的屬性比對,讓遊客可以一目瞭然自行車在設計過程中面對不同質地的取與捨。


裝置風格影像與成品示意圖



車也需要身體檢查


或許難以想像,但為了確保自行車的結構、吸震性等特性以及內部是否有瑕疵,自行車在生產過程中也是需要照X光檢查的。

為了將此流程介紹給大家,我們將車架安裝牆上,並在前方設起了一片可以拖曳的直立螢幕,並且精準的對應軌道設計了圖像,當遊客推動螢幕,螢幕正後方車架的透視圖便會顯示在螢幕上,營造出為車架照X光的體驗,遊客們將能體驗在工廠檢查自行車的流程與嚴謹工程。


裝置示意與實際成品



層層堆疊


在這一廳的最末端,累積與經歷了大量自行車的遊客們終於可以一展所長。

自行車車架的設計,背後有許多科學的運算,此裝置讓遊客可以設計專屬於自己的自行車車架,透過觸碰螢幕搭配自行車的外型、組件與配色,調整車型外觀直至滿意,在上傳到巨大螢幕後,將會顯示遊客們所設計出的各項參數,讓遊客體驗到設計車架背後的奧秘與影響。



風格腳本







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