[pt] O objetivo principal do presente trabalho foi investigar computacionalmente o escoamento e a dispersão de poluentes atmosféricos sobre topografias complexas tridimensionais em escala de laboratório. Foram realizadas simulações numéricas de escoamentos neutros e estavelmente estratificados sobre colinas e também sobre terreno plano. A modelagem matemática, baseada na solução das equações gerais de conservação, inclui o modelo de tensões de Reynolds para a turbulência e um modelo de duas camadas para o tratamento do escoamento na região próxima à parede. O código comercial Fluent (Versão 6.0.12), que emprega o método de volumes finitos, foi utilizado nas simulações computacionais. Os resultados numéricos foram comparados a dados obtidos em experimentos em túnel de vento disponíveis na literatura. Também foram realizadas comparações com resultados obtidos com a utilização do modelo (k menos épsilon) clássico. A comparação entre os resultados obtidos com as diversas modelagens numéricas e os dados experimentais mostrou que a utilização conjunta do modelo de tensões de Reynolds e do tratamento em duas camadas produziu os melhores resultados na predição do escoamento. O desempenho dessa modelagem foi particularmente superior na representação da recirculação no escoamento na região a jusante da colina. Com relação ao cálculo das concentrações, os resultados obtidos foram razoáveis nas regiões mais distantes da fonte quando comparados aos experimentais. Na região mais próxima à fonte emissora, foram calculadas concentrações excessivamente altas ao nível do solo. Estas discrepâncias foram atribuídas ao fato de ter-se utilizado um modelo de difusividade turbulenta isotrópica para os cálculos da dispersão turbulenta do poluente. Ainda assim, os campos de concentrações apresentados mostraram importantes aspectos qualitativos relativos ao problema como, por exemplo, os efeitos da estabilidade atmosférica na dispersão do poluente, que foram adequadamente previstos. / [en] The main objective of the present work was to investigate computationally the flow and the dispersion of atmospheric pollutants over three dimensional complex topographies in laboratory scale. The investigations included the numerical simulation on the neutral and stably stratified flows over hills and flat terrain. The mathematical model was based on the solution of the general conservation equations and included the Reynolds stress model for turbulence and a two layer zonal model for the flow treatment in the near wall region. The commercial code Fluent (Version 6.0.12), which is based on the finite volume method, was employed in the computational simulations. The numerical results were compared to data obtained in wind tunnel experiments, available in the literature. Comparisons were also made with results obtained by employing the standard (k less épsilon) model for turbulence. The comparisons between the experimental data and the numerical results showed that the combined use of the Reynolds stress model and the two layer treatment provided the best results for the flow representation. This modeling approach was particularly superior in representing the flow recirculation on the leeside of the hill. The predicted concentrations results were reasonably good at regions far away from the emission source. In the near source regions, the ground level concentrations were overestimated by the numerical modeling. These discrepancies were attributed to the employment of an isotropic turbulent diffusivity model in the turbulent dispersion calculations. Nevertheless, the calculated concentration fields represented well important qualitative features of PUC Rio.

[pt] Um dos grandes desafios da computação gráfica é conseguir representar ambientes virtuais que assemelham-se aos ambientes reais observados pelos seres humanos em seu dia-a-dia. A fim de alcançar essa representação, diversos estudos foram realizados na área de renderização fotorealística e, principalmente, na que diz respeito à modelagem física e representação de fenômenos naturais. Esse estudo propõe explicar e analisar técnicas que representam o fenômeno de dispersão atmosférica; responsável por definir a cor da atmosfera/céu. Para alcançar esse objetivo, serão apresentadas duas técnicas: uma técnica baseada em um modelo físico e outra baseada em um modelo analítico e de aproximações. Esse estudo apresenta os detalhes de cada uma das técnicas e apresenta um comparativo para auxiliar na escolha da técnica de acordo com a necessidade e os requisitos da aplicação que irá representar o fenômeno de dispersão atmosférica. / [en] One of the greatest challenges of computer graphics is to represent virtual environments that resemble real environments observed by humans in their day-to-day. In order to achieve this representation, several studies have been conducted in the area of photorealistic rendering, and especially in regards to physical modelling and representation of natural phenomena. This study aims to explain and analyze techniques that represent the phenomenon of atmospheric scattering; responsible for setting the color of atmosphere/sky. To achieve this goal, two techniques are presented: one based on a physical model and the other based on an analytical model and approximations. This study presents the details of each technique and a comparative to help in choosing the technique according to the need and requirements of the application that will represent the phenomenon of atmospheric scattering.