[pt] Importantes aplicações de engenharia usam malhas não estruturadas de hexaedros para simulações numéricas. Células hexaédricas, comparadas com tetraedros, tendem a ser mais numericamente estáveis e requerem um menor refinamento da malha. Entretando, visualização volumétrica de malhas não estruturadas é um desafio devido a variação trilinear do campo escalar dentro da célula. A solução convencional consiste em subdividir cada hexaedro em cinco ou seis tetraedros, aproximando uma variação trilinear por uma inadequada série de funções lineares. Isso resulta em imagens inadequadas e aumenta o consumo de memória. Nesta tese, apresentamos um algoritmo preciso de visualização volumétrica utilizando ray-casting para malhas não estruturadas de hexaedros. Para capturar a variação trilinear ao longo do raio, nós propomos usar uma integração de quadratura. Nós também propomos uma alternativa rápida que melhor aproxima a variação trilinear, considerando os pontos de mínimo e máximo da função escalar ao longo do raio. Uma série de experimentos computacionais demonstram que nossa proposta produz resultados exatos, com um menor gasto de memória. Todo algoritmo é implementado em placas gráficas, garantindo uma performance competitiva. / [en] Important engineering applications use unstructured hexahedral meshes for numerical simulations. Hexahedral cells, when compared to tetrahedral ones, tend to be more numerically stable and to require less mesh refinement. However, volume visualization of unstructured hexahedral meshes is challenging due to the trilinear variation of scalar fields inside the cells. The conventional solution consists in subdividing each hexahedral cell into five or six tetrahedra, approximating a trilinear variation by an inadequate piecewise linear function. This results in inaccurate images and increases the memory consumption. In this thesis, we present an accurate ray-casting volume rendering algorithm for unstructured hexahedral meshes. In order to capture the trilinear variation along the ray, we propose the use of quadrature integration. We also propose a fast approach that better approximates the trilinear variation to a series of linear ones, considering the points of minimum and maximum of the scalar function along the ray. A set of computational experiments demonstrates that our proposal produces accurate results, with reduced memory footprint. The entire algorithm is implemented on graphics cards, ensuring competitive performance.

[pt] Descreve-se o controle em malha fechada por malha pequena de um motor de passo de imã permanente (MIPIP), de forma a obter posicionamento preciso em tempo mínimo. A malha pequena é utilizada para, aplicar o modo de controle de alta velocidade (HISPEED); consegue-se dessa forma atingir velocidades muito superiores às obtidas em malha aberta. O principio de controle adotado pelo controlador de malha externa baseia-se na utilização de tabelas que possuam dados sobre as curvas de aceleração e desaceleração do MPIP. Dependendo do número de passos que faltam para atingir o alvo e da velocidade de rotação do eixo, as tabelas indicarão o modo de controle adequado de forma a não ultrapassar o alvo e atingi-lo em tempo mínimo. Um microcomputador implementa o controlador da malha externa e indica ao controle da malha interna o modo de operação adequado. / [en] This work describes the use of an inner loop for closed loop control of a permanent magnet step motor to achieve precise positioning in minimal time. The inner loop is used to apply a high speed control; this method gives speeds higher than those obtained with the open loop control. The outer loop controller is based on the use of acceleration and deceleration data of the motor. Depending on the number of steps needed to reach the desired position, and the actual speed, these tables indicate the best control mode to get to the target in minimal time and without overshooting it. This controller is implemented in a microcomputer.

[pt] Este trabalho busca reconstruir a geometria de uma malha partindo de sua conectividade e de um conjunto esparso de pontos com geometria conhecida, denominados pontos de controle. O problema é formulado como a maximização da suavidade da superfície fixando a posição dos pontos de controle. Nessa formulação, o método consiste em resolver um sistema linear esparso aplicando-se mínimos quadrados. Diferentes propostas para a seleção de pontos de controle, o método de minimização e a construção do sistema linear são apresentadas e comparadas. / [en] This work aims at reconstructing the geometry of a mesh from its connectivity and a small set of control points, whose geometry is known.The problem is formulated as a maximization of the surface smoothness restricting the position of the control points. With this formulation, the method reduces to solving a sparse linear system using least squares minimization. Several proposals for the selection of the control points, the minimization method and the linear system construction are presented and compared .

[pt] Os algoritmos para a localização de falta encontrados na literatura são baseados em equações algébricas obtidas da malha de falta [4], [16]. Para as faltas monofásicas, a resistência de arco, a resistência de pé de torre e a impedância de sequência zero da linha são incluídas. Essa última impedância, por ser composta de uma soma entre as impedâncias longitudinal e de retorno pela terra (multiplicada por três), pode comprometer a precisão desses algoritmos na indicação do local da falta, pois, a resistividade do solo sob a linha varia frequentemente. Dados reais [25] e de testes laboratoriais [50] têm comprovado isso. Apesar da variação dessa resistividade, nenhum dos algoritmos publicados na literatura questionou a utilização dessa impedância no processo de localização de falta. O objetivo deste trabalho é justamente propor um novo algoritmo capaz de localizar qualquer falta, sem se apoiar nos parâmetros de sequência zero da rede. A principal contribuição deste trabalho está na utilização somente dos circuitos de sequência positiva e/ou negativa para a localização de faltas em sistemas de potência. Por não utilizar qualquer parâmetro de sequência zero, o novo algoritmo aqui proposto é capaz de localizar falta, tanto em linha de transmissão com subestações em derivação ao longo de sua extensão quanto em linha sem essas subestações em derivação. Na primeira, a localização de falta não foi contemplada por qualquer algoritmos publicados na literatura, pois, esses tinham como objetivo, o atendimento somente às linhas sem subestações em derivação ao longo de sua extensão. Por isso, além do ineditismo na forma de localização, este novo algoritmo é aplicável à qualquer configuração de linha, o que representa uma contribuição adicional deste trabalho. Esse novo processo visa a localização de falta em sistemas elétricos, mesmo os fortemente malhados. Por isso, constitui o embrião de uma possível e provável nova filosofia de proteção para relés de distância. / [en] Present fault location algorithms are based on algebraic equations derived from the faulty network [4], [16]. Their common characteristic is to use zero-sequence description to apply Kichoff`s Laws. As a result, the are resistance, the tower footing resistance and the zero-sequence impedance of the line are included in the overall system of equations, describing the network. This last impedance, composed by the longitudinal and by the ground retum impedances scaled by three, frequently compromises the these algorithms accuracy. The reason is the underline ground resistance fluctuation with temperature, rain, etc. a very annoying fact, particularly in understudied remote tropical regions, a common situation in Brazil. In spite of the noticed ground-resistance variations, none of the algorithms published in specific literature has questioned the use of this impedance in the fault location producedures. The aim of this work is to propose a new algorithm capable to locate any fault, requiring no support of the network zero-sequence parameters and/or negative-sequence circuit network models. Avoiding the of zero-sequence parameters permits the new fault location algorithm to be applied not only to isolated transmission lines, but to a variety of network topologies, including transmission lines tapped by local distribution substations, a completely new result. The proposed algorithm not only is less sensitive to local physical conditions, but may be applied to complex transmission line configurations, which represents an additional contribution of this work. The new process includes fault location for transmission lines embeded in extremely meshed power networks it, therefore, constitutes the beginning of a new of distance relay protection philosophy.

[pt] Um dos principais desafios para a geração de malhas de quadriláteros é garantir o alinhamento dos elementos em relação às restrições do domínio. Malhas não alinhadas introduzem problemas numéricos em simulações que usam essas malhas como subdivisão do domínio. No entanto, não existe uma métrica de alinhamento para a avaliação de qualidade de malhas de quadriláteros. Um campo de direcionalidade representa a difusão das orientações das restrições no interior do domínio. Kowalski et al. usam um campo de direcionalidade para particionar o domínio em regiões quadrilaterais. Neste trabalho, reproduzimos o método de particionamento proposto por Kowalski et al. com algumas alterações, visando reduzir o número final de partições. Em seguida, propomos uma métrica para avaliar a qualidade de malhas de quadriláteros em relação ao alinhamento com as restrições do domínio. / [en] One of the main challenges in quadrilateral mesh generation is to ensure the alignment of the elements with respect to domain constraints. Unaligned meshes insert numerical problems in simulations that use these meshes as a domain discretization. However, there is no alignment metric for evaluating the quality of quadrilateral meshes. A directionality field represents the diffusion of the constraints orientation to the interior of the domain. Kowalski et al. use a directionality field for domain partitioning into quadrilateral regions. In this work, we reproduce their partitioning method with some modifications, aiming to reduce the final number of partitions. We also propose a metric to evaluate the quality of a quadrilateral mesh with respect to the alignment with domain constraints.

[pt] Este trabalho trata do uso de estruturas hierárquicas para a visualização interativa de terrenos. A partir de informações geográficas extraídas diretamente de um terreno, pretende-se visualizá-lo tridimensionalmente no computador, permitindo também a troca do ponto de vista do observador em tempo real. Freqüentemente o volume de dados é grande, uma vez que o terreno pode corresponder a uma área extensa e suas informações podem ser bastante detalhadas, havendo então a necessidade de uso de uma estrutura compatível para armazenamento e consulta desses dados. Uma nova proposta de estrutura é elaborada nesta dissertação, unindo, com vantagens, características de estruturas distintas já conhecidas na literatura. Essa estrutura é implementada e alguns testes são realizados, sendo tiradas diversas conclusões.

[pt] Métodos de otimização topológica estrutural visam obter a melhor distribuição de material dentro de um dado domínio, sujeito a carga, condições de contorno e restrições de projeto, de forma a minimizar alguma medida especificada. A otimização topológica estrutural pode ser dividida em dois tipos: contínua e discreta, sendo a forma discreta o foco da pesquisa desta dissertação. O objetivo deste trabalho é a criação de um sistema para realizar todos os passos dessa otimização, visando a resolução de problemas com grandes dimensões. Para realizar esse tipo de otimização, é necessária a criação de uma malha densa de barras, esta definida como conjunto de nós cobrindo todo o domínio, conectados através de barras, além da especificação dos apoios e das forças aplicadas. Este trabalho propõe um novo método para geração da malha densa de barras, utilizando como entrada somente o contorno do domínio que se deseja otimizar, contrapondo com métodos que necessitam de um domínio já discretizado, como uma malha de poliedros. Com a malha gerada, este trabalho implementou a otimização topológica, sendo necessário resolver um problema de programação linear. Toda a parte de otimização foi realizada dentro do framework TopSim, tendo implementado o método dos pontos interiores para a resolução da programação linear. Os resultados apresentados possuem boa qualidade, tanto na geração quanto na otimização, para casos 2D e 3D, tratando casos com mais de 68 milhões de barras. / [en] Structural topology optimization methods are used to find the optimal material distribution within a given domain, subject to loading, boundary conditions and design constraints, in order to minimize some specified measure. Structural topology optimization can be divided into two types: continuum and discrete, with the discrete type being the research focus of this dissertation. The goal of this work is the creation of a system to achieve all the steps of this optimization process, aiming problems with large dimensions. In order to perform the optimization, it is necessary create a ground structure, defined as a set of nodes covering the entire domain, connected by bars, with the supports and the applied loads. This work proposes a new method for the ground structure generation, using as input only the domain boundary, in contrast with methods that require a domain already discretized, such as a polyhedron mesh. With the generated mesh, this work has implemented the topological optimization, needing to solve a linear programming problem. All the optimization part was performed within the TopSim framework, implementing the interior point method for the linear programming resolution. The results presented have good quality, both in generation and optimization, for 2D and 3D cases, considering cases with more than 68 million bars.

[pt] Algoritmos para visualização interativa de terrenos são complexos e, ao mesmo tempo, de grande importância para muitas aplicações como jogos e planejamento de atividades sobre terrenos. Em função desta complexidade e importância, o tema merecido, na última década, muita atenção da comunidade de pesquisadores em Computação Gráfica e, conseqüentemente, muitas estratégias têm sido desenvolvidas. Entre as mais bem sucedidas estratégias, destacam-se os recentes trabalhos de Lindstrom e Pascucci. O algoritmo proposto por estes autores possui diversas implementações disponíveis na Internet e merece ser reavaliado. Esta dissertação faz esta re-avaliação através de uma implementação independente feita pela autora e testada sobre uma base de terrenos reais. Com o objetivo de tornar esta análise mais completa e dar suporte a algumas conclusões, resultados comparativos de outros algoritmos da área também são apresentados. / [en] Algorithms for the interactive visualization of terrains are very complex and, at the same time, of great importance to many applications, such as games and activity-planning over terrains. Due to such complexity and importance, in the past decade this subject has received great attention by researchers on Computer Graphics. As a consequence, a number of strategies have been developed. Among the most successful strategies, one can highlight recent works by Lindstrom and Pascucci. The algorithm proposed by these authors has various implementations available in the Internet and deserves to be reevaluated. The present work makes such reevaluation by means of an independent implementation developed by the author and tested over a base or real terrains. With the purpose of making this analysis more complete and to support some conclusions, comparative results with other algorithms in the area are also presented.

[pt] Neste trabalho aborda-se a geração de malha quadrilateral sobre domínios delimitados por duas, três e quatro curvas de bordo, usando padrões de decomposição de domínio, os quais são aplicados sobre domínios que satisfazem um conjunto de condições chamadas de essenciais que permite a geração de malha sobre eles. No entanto, a metodologia desenvolvida pode ser estendida para ser aplicada sobre outras topologias de domínio. A ideia é decompor um domínio em subdomínios, cada subdomínio é decomposto de forma independente até que todos os subdomínios permitam gerar malha usando diretamente o algoritmo de mapeamento transfinito bilinear. A decomposição é feita pela criação de curvas internas fictícias que delimitarão os subdomínios. Estas curvas podem intersectarse dando lugar a pontos de interseção, os quais são chamados de parâmetros geométricos e podem ser variados para mudar a geometria dos subdomínios com o propósito de melhorar a qualidade da malha gerada. Os subdomínios são delimitados por curvas que terão um número definido de subdivisões, isto será chamado de parâmetros topológicos e de cujos valores dependerá o tipo de decomposição aplicada nos subdomínios. Os padrões de decomposição foram projetados dando lugar aos padrões de geração de malha que têm valores definidos para seus parâmetros geométricos e topológicos. Desta forma é possível conhecer a topologia e o nível de decomposição hierárquica a priori. Os parâmetros topológicos podem ser variados dinamicamente para encontrar a topologia de malha de melhor qualidade sobre um domínio. Foram incluídos exemplos para mostrar a aplicabilidade da metodologia proposta. / [en] In this work, it is discussed quadrilateral mesh generation using patterns of domain decomposition. Mesh generation is treated on domains delimited by two, three and four curves. Patterns of domain decomposition are applied to domains that satisfy a set of conditions called essential conditions. However, the approach developed can be applied to other domain topologies. Mesh generation begins with an initial domain decomposition, each subdomain also is independently decomposed until all the subdomains enable mesh generation using bilinear mapping. The decomposition is done by creating fictitious internal curves that demarcate the subdomains. These curves can intersect giving rise to points of intersection, which are called geometric parameters and can be varied to change the geometry of the subdomains in order to improve the quality of the generated mesh. The subdomains are bounded by curves, which have a defined number of subdivisions, this will be called topological parameters and of whose values depend the type of decomposition applied on subdomains. Patterns of decomposition were designed giving way to patterns of mesh generation that have values set for its geometric and topological parameters, in this way is possible to know the topology and the level of hierarchical decomposition a priori. Topological parameters were dynamically varied to show the possibility of finding various mesh topologies on a domain. Examples are included to show the applicability of the proposed methodology.

[pt] O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova estratégia para o problema de empacotamento de discos sem sobreposição para gerar arranjos aleatórios densos. O algoritmo geométrico adota uma abordagem frente de avanço que, com o apoio de uma malha poligonal, utiliza novas heurísticas para determinar as próximas posições para as próximas partículas. Além disso, propomos esquemas de realocação para melhorar o empacotamento no interior do arranjo e perto das bordas dos objetos arbitrários que contêm as partículas. Os resultados provam que nosso algoritmo pode superar trabalhos anteriores, não apenas com a função de distribuição de raios de partículas desejada, mas também aumentando a densidade de empacotamento e o número médio de contatos. / [en] This work aims to present a new strategy for the non-overlapping disk packing problem to generate dense random assemblies. The geometric algorithm adopts an advancing front approach that uses new heuristics to determine the next positions for the incoming particles with the support of a polygonal mesh. Furthermore, we propose relocation schemes to improve the packing at the pack s interior and near the container borders. Experiments prove that our algorithm outperforms previous results, w.r.t the desired particle radii distribution function and increases the packing density and mean number of particle contacts.