Οι προγραμματιζόμενοι επεξεργαστές γραφικών (Graphics Processing Units - GPUs), είναι πανίσχυροι παράλληλοι επεξεργαστές και πλέον υπάρχουν σε κάθε σύγχρονο προσωπικό υπολογιστή (PC). Οι GPUs αναλαμβάνουν κι επιταχύνουν την σχεδίαση δισδιάστατων και τρισδιάστατων γραφικών στην οθόνη του υπολογιστή. Η εξέλιξή τους είναι τόσο ραγδαία τα τελευταία χρόνια, που πλέον ξεπερνούν σε πολυπλοκότητα τις σύγχρονες κεντρικές μονάδες επεξεργασίας (CPUs), ενώ είναι ικανές να επιταχύνουν εκτός από γραφικά κι άλλες απαιτητικές σε επεξεργαστική ισχύ εφαρμογές, όπως είναι η τεχνητή νοημοσύνη και η προσομοίωση φυσικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ αντικειμένων (συγκρούσεις, εκρήξεις, προσομοίωση κίνησης υγρών) κ.α. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η δημιουργία, η μελέτη και η βελτιστοποίηση αλγορίθμων σκίασης με χρήση GPUs. Ο όρος σκίαση (shading) αναφέρεται στην αλληλεπίδραση του φωτός με τα αντικείμενα ενός εικονικού περιβάλλοντος. Παρουσιάζονται τα εργαλεία (APIs) και οι γλώσσες προγραμματισμού των GPUs καθώς και τρόποι βελτιστοποίησης της εκτέλεσης των σκιάσεων που είναι ένα θέμα μείζονος σημασίας σε προσομοιώσεις πραγματικού χρόνου. / Graphics processing units (GPUs), are powerful parallel processors and today are found in every modern Personal Computer (PC). The GPUs accelerate the drawing of two and three dimensional graphics on the monitor of the PCs. The evolution of this hardware is very rapid the last decade and today these circuits are more complex than CPUs. They are capable of accelerating many demanding applications except graphics, like Artificial Intelligence and Physics Simulation. The purpose of this thesis is to implement, study and optimize the execution of shading algorithms that run on GPUs in real time. The term shading refers to the interactions between light and the material of every object in a virtual three dimensional environment. In this thesis we present the tools, the programming languages and techniques for optimizing the execution of the shaders which is a matter of major importance in real time simulations.

In the fight to reduce carbon emissions, it is easy to see the necessity of reducing energy consumption. Buildings consume a large amount of energy, and have significant potential for energy savings. One tool for realising these potential savings is building simulation. To be able to use building simulation, accurate models for windows are needed. The models include individual layer models, to determine the solar and longwave radiative behaviours, as well as whole-system models to determine heat flows through the various layers of fenestration systems. This thesis looks at both kinds of models for incorporating windows into building simulations. A new network whole-system model is implemented, and integrated into the California Simulation Engine building simulation software. This model is also used as the calculation engine for a stand-alone rating tool. Additionally, a measurement technique used to measure off-normal solar properties of drapery materials, as part of developing shading layer models, is investigated using a Monte Carlo simulation. The network model uses a very general resistance network, allowing heat transfer between any two layers in a complex fenestration system (CFS), whether they are adjacent or not, between any layer and the indoor or outdoor side, or between the indoor and outdoor sides, although this last case is unlikely. Convective and radiative heat transfer are treated using the same format, resulting in increased stability. This general resistance network is used to calculate indices of merit for the CFS using numerical experiments. This approach requires fewer iterations to solve than previous solution methods, and is more flexible. The off-normal measurement technique which was investigated used a sample holder inserted into an integrating sphere. This is a non-standard way of using an integrating sphere, and early analyses did not provide conclusive information as to the effect of the sample holder. A Monte Carlo analysis confirmed the amount of beam attenuation as being 20% for the sample holder used in the experiments. Also con firmed was the effectiveness of dual-beam integrating spheres in correcting for the presence of a sample holder. The stand-alone rating tool which uses the general network framework, incorporates an easy-to-use visual interface. This tool models multiple types of shading layers with no restrictions on how they are combined. Users can easily change any one layer to see the effects of different arrangements. Users may specify any combination of indoor and outdoor ambient and mean radiant temperatures, insolation, and beam/diffuse split.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη της συμπεριφοράς φωτοβολταϊκού πλαισίου λεπτής ταινίας CIS, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Μελετάται η επίδραση διάφορων εξωτερικών παραγόντων και κυρίως της θερμοκρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας και της σκίασης. Με στόχο την εκτίμηση της παραγόμενης DC ισχύος σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας., έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις ρεύματος-τάσης στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο CIS ονομαστικής ισχύος 75W. Οι μετρήσεις ήταν συνήθως ημερήσιες και καταγράφονταν οι τιμές για διάφορες συνθήκες λειτουργίας και σε διαφορετικές εποχές του έτους. Με ένα μεταβλητό φορτίο συνδεδεμένο με το εν λόγω φωτοβολταϊκό πλαίσιο, ήταν δυνατός ο προσδιορισμός της χαρακτηριστικής I-V καμπύλης σε κάθε μέτρηση και ως εκ τούτου, ο υπολογισμός του σημείου μέγιστης ισχύος. Για κάθε μέτρηση καταγράφονταν, εκτός του ρεύματος και της τάσης, η λαμβανόμενη ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία αέρα καθώς και οι θερμοκρασίες στις δύο όψεις του συλλέκτη. Αρχικά, υπολογίζεται η απόδοση του πλαισίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες λειτουργίας ενώ σε αυτό προσπίπτουν ίδια ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας. Επίσης, μελετάται ποιες χαρακτηριστικές παράμετροι επηρεάζονται περισσότερο όπου διαπιστώνεται πως η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της τάσης και μία μικρή αύξηση του ρεύματος η οποία όμως, δεν είναι ικανή να αντισταθμίσει την μείωση της τάσης, με αποτέλεσμα η αύξηση της θερμοκρασίας να επιδρά αρνητικά στην απόκριση ισχύος. Στη συνέχεια, γίνεται αντίστοιχος υπολογισμός και για την ηλιακή ακτινοβολία όπου παρουσιάζεται η θετική της επίδραση στην απόδοση του πλαισίου, ενώ ταυτόχρονα μελετάται η συμπεριφορά του CIS σε συνθήκες ηλιοφάνειας αλλά και συννεφιάς. Κατά την επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών, ήταν δυνατός ο υπολογισμός μίας μέσης τιμής της αποδιδόμενης ισχύος τόσο για τη θερινή όσο και για τη χειμερινή περίοδο. Τέλος, προκαλώντας τεχνητή σκίαση στο 30% περίπου της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού πλαισίου κατά τη διάρκεια κάποιων μετρήσεων, υπολογίζεται το ποσοστό μείωσης της παραγόμενης DC ισχύος, συγκριτικά με τις περιπτώσεις όπου κάτω από τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες, το πλαίσιο δεν σκιάζεται. / The objective of this diploma thesis, is to study the behavior of a thin film photovoltaic module CIS, under real conditions of operation. The effect of various exterior factors is studied and mainly the factors of temperature, solar radiation and shading. To estimate the produced DC Power in various conditions, measurements has been took place at the University of Patras using a CIS photovoltaic module, of 75W Maximum Power. Measurements were usually daily and were taken in all seasons of year. With a variable load connected to the photovoltaic module, the determination of the I-V curve was possible for each measurement and consequently, the calculation of the Maximum Power Point could be made. At each measurement, were noted the current, the voltage and also the received solar radiation, the air temperature as well as the temperatures at the two sides of the module. At first, the output and the efficiency of the module in different temperatures of operation are calculated , while the received solar radiation is the same in every case. Also, it is studied witch parameters are more influenced by increasing temperature and it is proved that voltage is decreased and current is a little increased. However, the increasing current is not capable to compensate the decreasing voltage, so the increase of temperature affects negatively the output power and the efficiency. Afterwards, a similar calculation has been made, studying the influence of solar radiation at the characteristic parameters of the CIS photovoltaic module. During these calculations, except the positive effect of solar radiation it is presented the behavior of CIS in sunlight and also cloudy conditions. As a result, an average output power of the module has calculated for the aestival and the wintry period. Finally, causing artificial shading in about the 30% of the module's surface, it is determined the rate of reduction of produced DC power, comparatively the case where the module is not shading under the same exterior conditions.

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No. of bitstreams: 1 HericaGTD_TESE.pdf: 2847524 bytes, checksum: 79ea86b1575cb492d15eda3fcefca5cb (MD5) Previous issue date: 2017-04-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The temperature control in Apis mellifera is realized by the bees themselves through behavioral adjustments in order to keep the temperature at optimum levels. Unfavorable climatic conditions such as high temperatures and intense solar radiation can cause overheating of the colonies and consequently damage to beekeeping. The objective of this work was to evaluate how africanized bees (Apis mellifera L.) control temperature under different conditions, exposed and protected from direct solar radiation in a semiarid environment. Three colonies of Africanized bees housed in Langstroth hives that were changed every 3 months were used, total of twelve colonies. The internal temperatures and humidity of the three colonies were recorded using thermohygrometer. The body surface temperature of the bees was measured in three parts of the bee's body, head, chest and abdomen, using a mini infrared thermometer. Observations of the social behavior of ventilation were classified into four levels ranging from none to high ventilatory activity. When the hives were in the shade the internal temperature of the hives remained within the range considered optimal, while in the sun, this condition was not reached. In the shade, the bees managed to keep the relative humidity stable. In the sun, there was an increase in internal humidity as the bees carried water to the hive in order to lower the internal temperature. The ventilation behavior was much more expressive in hives than in the sun, since in the shade only few bees were recruited for this task. The bees that were in the shade, managed to maintain their body temperatures at relatively normal levels, while the bees that was in the sun, had a considered increase of its temperatures. The chest temperature is the highest, followed by the head and abdomen. The mechanisms of temperature control used at colony level and at individual level in the shade were, low ventilation activity and heat transfer to the head, respectively. In the sun, at colony level were distribution of water in the hive and high activity of ventilation and at the individual level transfer of heat to head and abdomen and use of water to wet the body surface. The results obtained in this work, represent a mean collected data of individuals surface temperature of the bees and data of temperature and humidity inside the hives, which constitute important subsidies for an understanding of three fundamental principles for a beekeeping, or abandonment of the bees In drought, a low productivity in the semi-arid and a need of construction of cans for the supply of shade in the apiaries / O controle de temperatura em Apis mellifera, é realizado pelas próprias abelhas através de ajustes comportamentais de forma a manter a temperatura em níveis ótimos. Condições climáticas desfavoráveis, como altas temperaturas e intensa radiação solar podem causar o superaquecimento das colônias e consequentemente prejuízos para a apicultura. Este trabalho teve como objetivo avaliar como as abelhas africanizadas (Apis mellifera L.) realizam o controle de temperatura, sob duas condições distintas, expostas e protegidas da radiação solar direta em ambiente semiárido. Foram utilizadas três colônias de abelhas africanizadas alojadas em colmeias modelo Langstroth que eram trocadas a cada 3 meses, totalizando doze colônias. Foram registradas as temperaturas e umidades internas das três colônias, utilizando-se um termohigrômetro digital. A temperatura de superfície corpórea das abelhas foi aferida em três partes do corpo da abelha, cabeça, tórax e abdômen, utilizando-se um mini termômetro de infravermelho. As observações do comportamento social de ventilação foi classificada em quatro níveis que variavam de nenhuma, a alta atividade ventilatória. Quando as colmeias estavam na sombra a temperatura interna das colmeias permaneceu dentro da faixa considerada ótima, enquanto ao sol, essa condição não foi alcançada. Na sombra as abelhas conseguiram manter a umidade relativa estável. Já no sol, houve um aumento da umidade interna pois as abelhas levavam agua para a colmeia com o intuito de baixar a temperatura interna. O comportamento de ventilação foi bem mais expressivo nas colmeias que estavam ao sol, já na sombra apenas poucas abelhas eram recrutadas para esta tarefa. As abelhas que estavam na sombra, conseguiram manter suas temperaturas corporais em níveis relativamente normais, enquanto as abelhas que estava ao sol, tiveram um aumento considerado de suas temperaturas. A temperatura do tórax é a mais elevada, seguida da cabeça e do abdômen. Os mecanismos de controle de temperatura utilizados a nível de colônia e em nível individual na sombra foram, baixa atividade de ventilação e transferência de calor para a cabeça, respectivamente. No sol, a nível de colônia foram, distribuição de água na colmeia e alta atividade de ventilação e a nível individual transferência de calor para cabeça e abdômen e utilização de água para molhar a superfície corporal. Os resultados obtidos neste trabalho representa uma significativa coletânea de dados individuais de temperatura de superfície das abelhas e dados de temperatura e umidade no interior das colmeias, que se constituem em importantes subsídios para a compreensão de três aspectos fundamentais para a apicultura, o abandono das abelhas na seca, a baixa produtividade no semiárido e a necessidade de construção de latadas para fornecimento de sombra nos apiários / 2017-08-22

A building constructed according to the climatic characteristics in where it is inserted is important condition to reach thermal comfort and energy saving. However, into the brasilian s housing production predomine standardized architecture models all over the country, wich does not distinct the different local climates, producting, many times, environments without thermal comfort. Factors as the building arrangement, the glazed oppening s dimensions, its exposition to the sun and the thermal properties of the construction materials that compound the buildings envelope are points that define a better thermalenergetic performance. Therefore, this work evaluated the influence of the envelope shading and absorptance to the thermal performance and the energetic consumption of multiple housing buildings situated in Meceió AL having as studing object a model that represents a tipical vertial building tipology developed by PAR Programa de Arrendamento Residencial (Housing Leasehold Program). The methodology is based on parametric analisis in order to compare the reference model to some proposed parameters (solar protection devices, the surroundings and the external walls absorptance), using computer simulation by the EnergyPlus 4.0 software (Energyplus, 2009). To reach the proposed aims there werw vary a parameter by turn, maintaining the other several characteristics of the reference model. The results indicated that the use of solar protection devices and the profit of the building arragement morphology contributed to a better thermal and energetic performance of the building. The predominance of light colors on the external walls was a positive aspect to get fortunate thermal results, thus, is recomended that this characteristic be kept on the city housing programs of Maceio, because it contributed to the energy consumption reduction. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Uma edificação construída de acordo com as características climáticas de onde está inserida é condição importante para a obtenção do conforto térmico e economia energética. Todavia, observa-se que no âmbito da produção habitacional brasileira há a predominância de modelos arquitetônicos padronizados em todo o país, sem distinção quanto às diversidades climáticas locais, produzindo-se muitas vezes ambientes com ausência de conforto térmico. Fatores como a disposição do arranjo construtivo, a dimensão e exposição solar das aberturas envidraçadas e as propriedades dos materiais construtivos que compõem a envoltória são pontos definidores para um melhor desempenho termoenergético de um edifício. Sendo assim, o presente trabalho avaliou a influência do sombreamento e da absortância da envoltória no desempenho térmico e consumo energético em edifícios residenciais multifamiliares localizados em Maceió AL, tendo como objeto de estudo um modelo que representa a tipologia típica de edifício vertical desenvolvido pelo Programa de Arrendamento Residencial PAR. A metodologia fundamentou-se em análises paramétricas visando à comparação entre o modelo de referência e alguns parâmetros propostos (dispositivo de proteção solar, o entorno e a absortância das paredes externas), através de simulações computacionais utilizando o programa EnergyPlus 4.0 (Energyplus, 2009). Para o alcance dos objetivos propostos foi variado um parâmetro por vez, preservando-se as demais características do modelo de referência. Os resultados obtidos indicaram que a utilização de protetor solar e o aproveitamento da morfologia do arranjo construtivo contribuíram para um melhor desempenho termoenergético do edifício. A consideração da predominância da cor clara na textura das paredes externas também foi um aspecto considerado positivo para a obtenção de resultados térmicos favoráveis e que se recomenda que seja mantida nos programas habitacionais para a cidade de Maceió, pois também implicou redução no consumo energético.

Solar control has been used as a bioclimatic strategy in buildings located in hot climates. It is used to block direct solar radiation and to reduce the admission of light and heat through windows. Such effects occur simultaneously, so that a given device configuration that meet the criterion of thermal performance may reduce natural light and vice versa, depending on the shading device configuration. This conflict can cause visual and thermal discomfort that can lead to the need of artificial lighting and air conditioning systems. The goal of this dissertation is comparatively evaluate the luminous and thermal performance of different external shading devices configuration in office buildings located in the city of Maceió-AL. The methodology is based on several parametric analysis, regarding to illuminance, light uniformity and solar heat gains. Computer simulation has been carried out using Troplux 5 and DesignBuilder 3 softwares. A typical office room model was used, where louver parameters has been examined (slat spacing, slope and reflectance), considering windows oriented to North, South, East and West. The annual performance variation has also been studied, such as and the unshaded condition. The effect of each configuration has been analyzed concerning lighting and thermal performance as well its integrated performance. Shading devices produced an average reduction of 34% varying to 92% in comparison to the unshaded condition, for the illuminance, and 29% varying to 51% for the solar gains. Configurations with more favorable combined thermal and luminous results were identified for each orientation analyzed. Finally, it was observed that the choice between different configurations of shading devices, even with the same shadow-mask, changes the luminous and thermal performance. The information here produced can help to architect and design shading devices in practice. In addition, the work produced an important knowledge concerning integrated performance of openings of buildings in hot climates. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O sombreamento de aberturas é uma estratégia bioclimática adequada para edificações em regiões de clima quente e úmido. Seu uso diminui a admissão de luz e de calor no ambiente. Tais efeitos ocorrem simultaneamente, de forma que uma determinada configuração de dispositivos que atenda ao critério do desempenho térmico pode afetar negativamente a iluminação natural e vice-versa, a depender das características formais do brise utilizado. Esse conflito pode ocasionar desconforto (visual e/ou térmico) e dependência de sistemas artificiais de condicionamento e iluminação. Diante de tais aspectos, o objetivo desta dissertação de mestrado é avaliar comparativamente o desempenho luminoso e térmico de diferentes configurações de brises externos, em edificações de escritório, na cidade de Maceió-AL. A metodologia utilizada consistiu de análises paramétricas, com base em dados referentes à iluminância interna, uniformidade da luz e ganhos térmicos solares, obtidos por simulação computacional nos softwares TropLux 5 e DesignBuilder 3. Foi elaborado um modelo de ambiente representativo da tipologia de escritórios em Maceió, a partir do qual foram analisados os parâmetros referentes à configuração do brise (espaçamento, inclinação e refletância das aletas), considerando a janela orientada a Norte, Sul, Leste e Oeste e a variação anual dos índices registrados, bem como as situações de janela exposta. As comparações foram feitas em dois níveis: entre os diferentes parâmetros e entre os desempenhos (térmico e luminoso). As diferentes configurações de brise foram classificadas, sendo identificadas aquelas mais favoráveis em relação ao desempenho térmico, luminoso e ao desempenho conjunto, para cada uma das fachadas analisadas. Os resultados obtidos permitiram a descrição do efeito do espaçamento, inclinação e refletância para cada fachada. Também foram quantificados os percentuais de redução dos índices analisados, em relação aos modelos com janela exposta. Obteve-se redução média de 34% a 92% para a iluminância, e de 29% a 51% para os ganhos solares. Quanto aos resultados conjuntos: na orientação Norte, todas as configurações de brise analisadas apresentaram desempenho conjunto equilibrado. Com a janela orientada a Sul, apresentaram-se restrições para as configurações que combinem cor clara e pouca inclinação, que resultariam em excessos de luz e calor. Já nas orientações Leste e Oeste, os brises de desempenho conjunto mais favorável foram aqueles com aletas de cor clara e pouco inclinadas ou aletas de cor de refletância média e maior inclinação em relação à horizontal. A alteração do espaçamento não apresentou influência significativa na variação da quantidade de luz e calor, mas alterou a uniformidade da iluminação. Por fim, observou-se que a escolha entre diferentes configurações de brise, mesmo com máscaras de sombra iguais, modifica o desempenho térmico e luminoso resultante. Esse conhecimento pode auxiliar o projeto arquitetônico. Além disso, o trabalho apresentado caracteriza um passo no conhecimento acerca do desempenho integrado de sistemas de abertura em localidades de clima quente e úmido.

Este trabalho visa desenvolver uma metodologia, através de ferramentas computacionais de simulação, de avaliação de mapas solares para a análise de sombreamentos e da radiação solar incidente sobre as coberturas e telhados das edificações dentro do ambiente urbano e aplicá-la para a cidade de Porto Alegre. Desta forma é possível identificar os melhores espaços para alocar futuras instalações fotovoltaicas e evitar possíveis perdas por sombreamento ao longo do ano. Para tanto, foram selecionadas quatro regiões de estudo, cada uma representando uma tipologia de bairro e edificações. Os bairros Centro Histórico, São Geraldo, São Sebastião e Santana foram selecionados por representarem: edificações comerciais de escritórios, galpões comerciais (depósitos e oficinas), residencial de baixa altura e prédios residenciais, respectivamente. Após o desenvolvimento dos mapas solares, são realizadas estimativas para capacidade de instalação e produção de energia elétrica por sistemas fotovoltaicos em cada edificação. O software EnergyPlus produziu modelos termoenergéticos para quatro edificações típicas representando cada uma das regiões de estudo e, assim, proceder um balanço de energia em escala anual para o consumo energético e a produção de energia. Considerando as hipóteses de simulação e premissas de cálculo utilizadas, verifica-se que existe potencial para a geração distribuída de energia em escala urbana para as regiões de estudo. Um resultado significativo ocorreu para a região do bairro São Geraldo, onde as dez maiores áreas de telhado equivalem a 53% do potencial total de instalação fotovoltaica aplicada a edificações da região de estudo. Ainda, realizado o balanço de energia, foram analisados os cenários de investimento para cada tipologia de edificação típica, resultando em um retorno sobre o investimento entre 9 e 13 anos, dependendo do tipo de edificação. / This work aims to develop a methodology, through computer simulation tools, for evaluating solar maps for shading analysis and incident solar radiation on the building roofs within the urban environment. This methodology is applied in the city of Porto Alegre. Thus, it is possible to identify the best areas to allocate future photovoltaic systems and avoid possible shading losses throughout the year. Therefore were selected four study areas, each one representing one type of neighborhood and respective buildings. The neighborhoods Centro Histórico, São Geraldo, São Sebastião and Santana were selected because they represent: commercial/office buildings, warehouses/workshops, low-rise residential and residential buildings, respectively. After the development of solar maps, estimates were made for the capacity of installation and the electric energy produced by photovoltaic systems in each building roof. The EnergyPlus software produced an energy model for a typical building of each study area (neighborhood) and make an energy balance in annual scale for the energy consumption and energy production. Considering the simulation hypothesis and assumptions, it appears that there is potential for the distributed generation in urban scale for the four study areas. A significant result was found for the São Geraldo region, where only the top ten building roof areas equals to 53% of the total potential of building applied photovoltaic in the respective neighborhood region. Also, performing the energy balance, investment scenarios were analyzed for each typical building, resulting in a return on investment between 9 and 13 years, depending on the building type.

Orientador: Prof. Dr. João Paulo Gois / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, 2015. / Os avanços recentes para a criação de desenhos animados têm incorporado características que fazem alusão a profundidade e orientação tanto de efeitos de iluminação e sombreamento, como também a simulação de transformações geométricas 3D. Esses recursos melhoram a percepção visual de modelos cartoons e permitem a utilização de efeitos distintos e únicos. Um avanço que ganhou atenção nos últimos anos é o Modelo 2.5D, que simula transformações 3D a partir de um conjunto de imagens vetoriais 2D. Com isso, é criada não somente a percepção de orientação 3D, mas também a automatização do processo de criação de quadros intermediários (in-betweening) em uma animação. Entretanto, as técnicas atuais de modelagem 2.5D não permitem o uso de efeitos interativos de iluminação e preenchimento. Neste trabalho, é apresentado uma resolução ao problema de aplicar efeitos de iluminação em modelos 2.5D. A técnica proposta procura explorar, de forma inédita, a flexibilidade da GPU para inferir relevo e simular transformações 3D nos efeitos de preenchimento e iluminação de modelos 2D em tempo real. Demonstramos a aplicação de diversos efeitos, entre eles Phong shading, Cartoon shading, environment mapping, simulação de pelo (fur shading), mapeamento de texturas estáticas e dinâmicas e hatching shading. / Recent advances for designing and animating cartoons have incorporated depth and orientation cues such as shading and lighting effects, as well as the simulation of 3D geometrical transformations. These features improve the visual perception of cartoon models while increase the artists flexibility to achieve distinctive design styles. A recent advance that has gained attention in the last years is the 2.5D modeling, which simulates 3D transformations from a set of 2D vector arts. Therefore it creates not only the perception of animated 3D orientation, but also automatizes the inbetweening process. However, current 2.5D modeling techniques do not allow the use of interactive shading effects. In this work we approach the problem of delivering interactive 3D shading effects to 2.5D modeling. Our technique relies on the graphics pipeline to infer relief and to simulate the 3D transformations of the shading effect inside the 2D models in real-time. We demonstrate the application on Phong, Gooch and cel shadings, as well as environment mapping, fur simulation, animated texture mapping and (object-space and screen-space) texture hatchings.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:33:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-07-26Bitstream added on 2014-06-13T19:44:34Z : No. of bitstreams: 1 silva_cj_dr_jabo.pdf: 317118 bytes, checksum: f4634086de9339bbdcfc22de27d467da (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Com o objetivo de avaliar diferentes estresses sobre o acúmulo e partição de massa seca, abortamento, desenvolvimento, produção de grãos e concentração de metabólitos glicídicos e nitrogenados em plantas de milho, conduziuse um experimento em casa de vegetação. Os tratamentos foram: testemunha; plantas com desfolhamento de 66%; omissão do nitrogênio; déficit hídrico (20 - 30% da capacidade de retenção); sombreamento de 70%. Os estresses foram impostos dos dois aos quarenta dias após a polinização (DAP) e as avaliações realizadas em cinco coletas aos 0, 10, 20, 30 e 40 DAP. A omissão de N na fase reprodutiva não afetou a massa seca das plantas e não promoveu alterações nos grãos das plantas de milho, em função da grande remobilização deste elemento acumulado nas folhas e colmos durante o período vegetativo. O desfolhamento reduziu o acúmulo de massa seca no colmo e na espiga, causou abortamento de grãos, não afetou a massa dos grãos remanescentes, resultando em menor número e produção de grãos por planta. O sombreamento intensificou a translocação de fotossintatos do colmo e folhas para os grãos, causou redução no acúmulo de massa seca na planta, abortamento de grãos, menor peso dos grãos remanescentes, menor acúmulo de amido e menor produção de grãos por planta. O déficit hídrico reduziu a área foliar, a fotossíntese, o período de enchimento dos grãos, o acúmulo de MS na planta e a translocação de fotoassimilados para os grãos, resultando em abortamento de grãos do ápice da espiga, acúmulo de açúcares redutores e aminoácidos livres nas folhas e colmos e menor massa de grãos e produção por planta. A redução na produção foi maior no estresse por déficit hídrico, sombreamento de 70%, desfolhamento de 66% e deficiência de N, sendo o número de grãos por espiga e peso médio dos grãos os componentes da produção mais afetados. / To evaluate the effect of different stress on the accumulation and distribution of dry matter, abortion, development and production of grains and concentration of glycidic and nitrogen metabolites in maize plant, it was conducted an experiment on greenhouse conditions. The following treatments were used: control; defoliation (plants 66% defoliated); nitrogen omission; water deficit (20 - 30% of the retention capacity); shading (70%). The stress factors were imposed from two to forty days after pollination (DAP) and the analyses at 0, 10, 20, 30 and 40 DAP. The nitrogen omission at the reproductive stage did not affect plant dry mass or grains because of the high rate of remobilization of the N accumulated in leaves and stems during the vegetative stage. Defoliation reduced the dry matter accumulation in the stem and ears, increased kernel abortion, no caused any effect on photoassimilate translocation or weight from remaining grains. Also, resulted in a decrease on the total-N level, amino acids, grain reducing sugars and starch, fewer grains and lower production per plant. Shading intensified photoassimilate translocation indicating that in shaded plants the photosynthesis limitation is supplied by the high remobilization rate of reducing sugars, sucrose and starch from the stem and leaves to the grain. However, this stress causes reduction of dry matter accumulation, kernel abortion, and lower weight of remaining grains, starch accumulation and production of grains per plant. The water deficit reduced leaf area, photosynthesis, grain filling period, dry matter accumulation and photoassimilate translocation from vegetative organs to kernels, resulting in kernel abortion at the ear top, accumulation of reducing sugars and free amino acids in leaves and stems and lower weight of 1,000 grains and production per plant... (Complete abstract, click electronic address below)