Simulações de escoamentos multifásicos são de grande interesse em aplicações práticas na indústria, em particular na indústria petrolífera, entre outras. Vários processos dependem do entendimento físico de escoamentos envolvendo iteração com partículas, sedimentação e separação de fluidos. Dos muitos métodos existentes para a simulação dos processos acima descritos, há um crescente interesse no aumento de precisão, o que levou ao desenvolvimento de estratégias que utilizam esquemas de elementos finitos discretizados em malhas dinâmicas e adaptativas, usando uma formulação ALE (do inglês, Arbitrary Lagrangian-Eulerian), juntamente com uma representação geométrica da interface. Neste sentido, este trabalho tem o objetivo de estudar e implementar estratégias robustas de controle e adaptação de malhas, em situações onde a malha dinâmica é sujeita a grandes deformações. Uma biblioteca de algoritmos e rotinas foi então desenvolvida para este fim, implementando técnicas de controle e otimização da qualidade dos elementos da malha, técnicas de adaptação da interface entre fluidos com esquemas de conservação de massa, técnicas de mudanças topológicas e preservação de propriedades materiais, além de uma comunicação facilitada destas rotinas com códigos de simulação numérica de escoamentos multifásicos existentes / Multiphase flow simulations are of great interest in practical applications, particularly in the oil industry. Several processes depend on understanding physical aspects of flows with particle interaction, sedimentation and fluid separation. Among the several existing methods to simulate the processes described above, theres a growing interest in achieving higher precision, which led to the development of strategies that use finite element discretization in adaptive, dynamic meshes, using the ALE formatulation along with a geometrical representation of the interface. In this context, this thesis aims to study and implement robust strategies for mesh adaptation, for cases where the dynamic mesh is subject to large deformations. A library of routines and algorithms was developed, implementing mesh elements control and quality optimization techniques, fluid interface adaptation techniques with a mass conservation scheme, topological modifications and material properties preservation techniques, and also a decoupled, simplified communication between these routines with existing multiphase flow numerical simulation code

Em muitos problemas de simulação de fenômenos físicos ou fenômenos de engenharia, o uso das malhas é um componente muito importante. Uma malha é uma aproximação de uma dada geometria por um conjunto de elementos mais simples, tais como triângulos e quadriláteros (caso bidimensional) ou tetraedros, prismas, pirâmides e hexaedros (caso tridimensional). Nesse texto, as malhas de interesse são as não-estruturadas e compostas por triângulos. A escolha de uma malha é fortemente influenciada pelo desempenho e precisão dos resultados da simulação. O desempenho depende do número de elementos a serem processados, ou seja, quanto maior for a área coberta por cada elemento da malha, menos elementos são necessários, por conseguinte, mais rápida será a simulaçao. A precisão nos resultados da simulação está relacionada tanto com o formato quanto com o tamanho dos elementos. Diferente do desempenho, quanto menor forem os elementos, mais precisos serão os resultados. O formato dos elementos também influencia a precisão, em geral, elementos mais próximos dos equiláteros são preferidos. Como é possível observar, desempenho e precisão são requisitos conflitantes e geralmente é necessário fazer uma ponderação entre eles. Para um determinado grupo de aplicações, o melhor compromisso entre desempenho e precisão é conseguido com elementos finos, longos e corretamente alinhados sobre o domí?nio onde a malha está definida. São as chamadas malhas anisotrópicas. Além disso, um método de refinamento anisotrópico pode melhorar ainda mais a precisão dos resultados. O principal objetivo desse trabalho é desenvolver métodos de refinamento de malhas anisotrópicas, usando como base, e tendo como ponto de partida, os métodos de refinamento Delaunay isotrópicos, a saber, os métodos de refinamento Delaunay de Jim Ruppert [13] e de Paul Chew [6], e também realizar a simplificação Delaunay proposto por Olivier Devillers [8] / The use of polygonal meshes for numerical simulation of physical problems is a well known component. Mesh is an piecewise approximation from a given geometry defined by a set of simpler elements, such as triangles and quadrilaterals (two-dimensional case) or tetrahedra, prisms, pyramid and hexahedra (three-dimensional case). In this work, the interest is unstructured meshes of triangles. The choice of a mesh is aimed at the performance and the precision of the simulation results. The performance depends of the number of elements that will be processed, i.e., the larger is the covered area for each mesh element, the less element is needed, therefore the simulation is faster performed. The simulation precision is related with the shape and the size of the elements. On the other hand, the smaller the elements are, the more precise are the results. The shape of the elements also influences on precision, generally, equilateral elements are preferred. It is worth to mention that performance and precision are opposite requirements and it is important to ponder between them. For a group of applications, the best commitment between performance and precision is obtained with thin and long elements correctly aligned on the domain where the mesh is defined. These meshes are named anisotropic meshes. Furthermore, a method of anisotropic refinement can even improve the precision. We aim at developing anisotropic mesh methods based on isotropic properties from well known Delaunay refinement methods, viz., the Delaynay refinement methods by Jim Ruppert [13] and Paul Chew [6], and performing a Delaunay simplification proposed by Olivier Devillers [8]

O presente trabalho propõe-se a oferecer respostas à questão de como a informação é preservada num sistema, focalizando-se na distinção entre os papéis desempenhados pelos constituintes elementares e pelos estruturais na preservação da memória desse sistema. Os sistema simulados circunscreveram-se a malhas, com diferentes graus de regularidade, compostas pelo acoplamento de osciladores não-lineares que apresentam comportamento coerente no estado de equilíbrio. Malhas de Sincronismo de Fase, também conhecidas por PLLs (Phase Locked Loops), foram adotadas como elementos constituintes básicos dos sistemas analisados. Para tanto, utilizou-se a plataforma de cálculo MATLAB-SIMULINK, acompanhando-se as evoluções dos diversos sistemas e de seus parâmetros dinâmicos associados, possibilitando o estabelecimento da correspondência entre os valores dos referidos parâmetros dinâmicos com parâmetros gráficos \"sensíveis\" à estrutura das malhas. Os resultados obtidos indicam a coexistência/cooperação das componentes estrutural e elementar na determinação dos valores dos parâmetros dinâmicos no estado de equilíbrio do sistema. No entanto, evidencia-se que tais componentes apresentam importâncias distintas na determinação dos diferentes parâmetros dinâmicos. / This work was conceived aiming to present some answers to how the information is preserved in a system. The focus was laid on the distinction between the tasks played by the elementary components and the structure of the system. The simulated systems were composed by coupled oscillators, more precisely by PLLs (Phase Locked Loops), arranged in networks of different regularities. Simulations were performed using Matlab-Simulink software to build a correlation between the final state dynamical parameters of the system and its degree of regularity. Results show the influence of both elementary and structural components on the system attained state. However the responses of characteristics parameters of the system to changes in the regularity of the structured network may greatly differ from one parameter to another. This behavior may suggest different strategies to preserve information of the system according to the information to be kept.

Modelagem geométrica envolvendo objetos implícitos é um tema de intensa pesquisa em Computação Gráfica. Portanto, obter técnicas eficientes para representar esses objetos é de extrema importância. Dois grupos de objetos implícitos relevantes para Computação Gráfica são as curvas implícitas e superfícies implícitas. As técnicas tradicionais para se aproximar curvas e superfícies implícitas envolvem dividir o domínio e buscar em suas partições partes da curva ou da superfície. Neste projeto propomos um novo métodos de poligonização robusta de curvas implícitas usando uma ferramenta numérica auto-validada chamada de Aritmética Afim. O método consiste na poligonização adaptativa de curvas implícitas em malhas triangulares tridimensionais. / Geometric modeling involving implicit objects is a topic of intense research in Computer Graphics. Thus, obtain efficient techniques for representing these objects is of utmost importance. Two groups of relevant implicit objects for Computer Graphics are implicit curves and implicit surfaces. Traditional techniques for approximating implicit curves and surfaces involve splitting the domain and searching for parts of the curve or the surface. In this project we propose a new methods of robust polygonization of implicit curves using the self-validated numerical tool called Affine Arithmetic. The method consists in the adaptive polygonization of implicit curves in three-dimensional triangular meshes.

Este trabalho apresenta uma nova técnica de visualização que aproveita as vantagens do rendering volumétrico direto e do rendering de superfícies em um ambiente híbrido. O método faz uso de uma pré-visualização sobre o bordo do volume que viabiliza uma interação em tempo real com objetos volumétricos modelados por meio de malhas não estruturadas. Além disso, essa nova abordagem de visualização é paralelizável e pode se acelerada com placas gráficas comuns. / This work presents a new visualization technique that exploits the advantages of direct volume rendering and surface rendering in a hybrid environment. The method developed here makes use of a pre-visualization on the volume boundary to enable real time interaction with unstructured volumetric meshes. Furthermore, this new visualization approach can be implemented on existing parallel architectures and speed up by conventional graphical hardware.

A compressão de dados é uma área de muito interesse em termos computacionais devido à necessidade de armazená-los e transmiti-los. Em particular, a compressão de malhas possui grande interesse em função do crescimento de sua utilização em jogos tridimensionais e modelagens diversas. Nos últimos anos, uma nova teoria de aquisição e reconstrução de sinais foi desenvolvida, baseada no conceito de esparsidade na minimização da norma L1 e na incoerência do sinal, chamada Compressive Sensing (CS). Essa teoria possui algumas características marcantes, como a aleatoriedade de amostragem e a reconstrução via minimização, de modo que a própria aquisição do sinal é feita considerando somente os coeficientes significativos. Qualquer objeto que possa ser interpretado como um sinal esparso permite sua utilização. Assim, ao se representar esparsamente um objeto (sons, imagens) é possível aplicar a técnica de CS. Este trabalho verifica a viabilidade da aplicação da teoria de CS na compressão de malhas, de modo que seja possível um sensoreamento e representação compressivos na geometria de uma malha. Nos experimentos realizados, foram utilizadas variações dos parâmetros de entrada e técnicas de minimização da Norma L1. Os resultados obtidos mostram que a técnica de CS pode ser utilizada como estratégia de compressão da geometria das malhas. / Data compression is an area of a major interest in computational terms due to the issues on storage and transmission. Particularly, mesh compression has wide usage due to the increase of its application in games and three-dimensional modeling. In recent years, a new theory of acquisition and reconstruction of signals was developed, based on the concept of sparsity and in the minimization of the L1 norm and the incoherency of the signal, called Compressive Sensing (CS). This theory has some remarkable features, such as random sampling and reconstruction by minimization, in a way that the signal acquisition is done by considering only its significant coefficients. Any object that can be interpreted as a sparse sign allows its use. Thus, representing an object sparsely (sounds, images), you can apply the technique of CS. This work explores the viability of CS theory on mesh compression, so that it is possible a representative and compressive sensing on the mesh geometry. In the performed experiments, different parameters and L1 Norm minimization strategies were used. The results show that CS can be used as a mesh geometry compression strategy.

Em muitos problemas de simulação de fenômenos físicos ou fenômenos de engenharia, o uso das malhas é um componente muito importante. Uma malha é uma aproximação de uma dada geometria por um conjunto de elementos mais simples, tais como triângulos e quadriláteros (caso bidimensional) ou tetraedros, prismas, pirâmides e hexaedros (caso tridimensional). Nesse texto, as malhas de interesse são as não-estruturadas e compostas por triângulos. A escolha de uma malha é fortemente influenciada pelo desempenho e precisão dos resultados da simulação. O desempenho depende do número de elementos a serem processados, ou seja, quanto maior for a área coberta por cada elemento da malha, menos elementos são necessários, por conseguinte, mais rápida será a simulaçao. A precisão nos resultados da simulação está relacionada tanto com o formato quanto com o tamanho dos elementos. Diferente do desempenho, quanto menor forem os elementos, mais precisos serão os resultados. O formato dos elementos também influencia a precisão, em geral, elementos mais próximos dos equiláteros são preferidos. Como é possível observar, desempenho e precisão são requisitos conflitantes e geralmente é necessário fazer uma ponderação entre eles. Para um determinado grupo de aplicações, o melhor compromisso entre desempenho e precisão é conseguido com elementos finos, longos e corretamente alinhados sobre o domí?nio onde a malha está definida. São as chamadas malhas anisotrópicas. Além disso, um método de refinamento anisotrópico pode melhorar ainda mais a precisão dos resultados. O principal objetivo desse trabalho é desenvolver métodos de refinamento de malhas anisotrópicas, usando como base, e tendo como ponto de partida, os métodos de refinamento Delaunay isotrópicos, a saber, os métodos de refinamento Delaunay de Jim Ruppert [13] e de Paul Chew [6], e também realizar a simplificação Delaunay proposto por Olivier Devillers [8] / The use of polygonal meshes for numerical simulation of physical problems is a well known component. Mesh is an piecewise approximation from a given geometry defined by a set of simpler elements, such as triangles and quadrilaterals (two-dimensional case) or tetrahedra, prisms, pyramid and hexahedra (three-dimensional case). In this work, the interest is unstructured meshes of triangles. The choice of a mesh is aimed at the performance and the precision of the simulation results. The performance depends of the number of elements that will be processed, i.e., the larger is the covered area for each mesh element, the less element is needed, therefore the simulation is faster performed. The simulation precision is related with the shape and the size of the elements. On the other hand, the smaller the elements are, the more precise are the results. The shape of the elements also influences on precision, generally, equilateral elements are preferred. It is worth to mention that performance and precision are opposite requirements and it is important to ponder between them. For a group of applications, the best commitment between performance and precision is obtained with thin and long elements correctly aligned on the domain where the mesh is defined. These meshes are named anisotropic meshes. Furthermore, a method of anisotropic refinement can even improve the precision. We aim at developing anisotropic mesh methods based on isotropic properties from well known Delaunay refinement methods, viz., the Delaynay refinement methods by Jim Ruppert [13] and Paul Chew [6], and performing a Delaunay simplification proposed by Olivier Devillers [8]

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / In reservoir simulation, the compositional model is one of the most used models for enhanced oil recovery. However, the physical model involves a large number of equations with a very complex interplay between equations. The model is basically composed of balance equations and equilibrium constraints. The way these equations are solved, the degree of implicitness, the selection of the primary equations, primary and secondary variables have a great impact on the computation time. In order to verify these effects, this work proposes the implementation and comparison of some implicit and semi-implicit methods. The following formulations are tested: an IMPEC (implicit pressure, explicit composition), an IMPSAT (implicit pressure and saturations), and two fully implicit formulations, in which one these formulations is being proposed in this work. However, the literature reports some intrinsic inconsistencies of the IMPSAT formulation mentioned. In order to verify it, an iterative IMPSAT is implemented to check the quality of the IMPSAT method previously mentioned. The finite volume method is used to discretize the formulations using Cartesian grids and unstructured grids in conjunction with the EbFVM (Element based finite volume method) for 2D and 3D reservoirs. The implementations have been performed in the UTCOMP simulator from the University of Texas at Austin. The results of several case studies are compared in terms of volumetric oil and gas rates and the total CPU time. It was verified that the FI approaches increase their performance, when compared to the other approaches, as the grid is refined. A good performance was observed for the IMPSAT approach when compared to the IMPEC formulation. However, as more complex stencils are used, the IMPSAT performance reduces. / Em simulaÃÃo de reservatÃrios, o modelo composicional à um dos mais usados para a recuperaÃÃo avanÃada de petrÃleo. Entretanto, o modelo fÃsico envolve um grande nÃmero de equaÃÃes com uma complexa interelaÃÃo entre elas. O modelo à basicamente composto por equaÃÃes de balanÃo e restriÃÃes de equilÃbrio. A forma como essas equaÃÃes sÃo resolvidas como, o grau de implicitude, a seleÃÃo das equaÃÃes primÃrias, variÃveis primÃrias e secundÃrias tem um grande impacto no tempo de computaÃÃo. Com o intuito de verificar esse efeito, esse trabalho propÃe a implementaÃÃo e comparaÃÃo de alguns mÃtodos implÃcitos e semi-implÃcitos. As seguintes formulaÃÃes sÃo testadas: uma IMPEC (implicit pressure, explicit composition), uma IMPSAT (implicit pressure and saturations), e duas formulaÃÃes totalmente implicitas, das quais uma destas està sendo proposta neste trabalho. Entretanto, a literatura relata algumas inconsistÃncias intrÃnsecas da formulaÃÃo IMPSAT mencionada. Para verificar isso, um IMPSAT iterativo foi implementado para verificar a qualidade nos resultados do mÃtodo IMPSAT prÃviamente mencionado. O mÃtodo de volumes finitos à usado para discretizar as formulaÃÃes usando malhas Cartesianas e nÃo-estruturadas em conjunto com o EbFVM (Element based finite volume method) para reservatÃrios 2D e 3D. A implementaÃÃo foi realizada no simulador UTCOMP da Univeristy of Texas at Austin. Os resultados de diversos casos de estudo sÃo comparados em termos das vazÃes volumÃtricas de Ãleo e gÃs e do tempo total de CPU. Verificou-se que as abordagens totalmente implÃcitas melhoram sua performance, quando comparado com os demais mÃtodos, a medidaque a malha à refinada. Um bom desempenho foi observado para as formulaÃÃes IMPSAT quando comparadas com a formulaÃÃo IMPEC. Entretando, com o uso de conexÃes mais complexas entre os blocos da malha, o desempho da formulaÃÃo IMPSAT reduziu.

A compressão de dados é uma área de muito interesse em termos computacionais devido à necessidade de armazená-los e transmiti-los. Em particular, a compressão de malhas possui grande interesse em função do crescimento de sua utilização em jogos tridimensionais e modelagens diversas. Nos últimos anos, uma nova teoria de aquisição e reconstrução de sinais foi desenvolvida, baseada no conceito de esparsidade na minimização da norma L1 e na incoerência do sinal, chamada Compressive Sensing (CS). Essa teoria possui algumas características marcantes, como a aleatoriedade de amostragem e a reconstrução via minimização, de modo que a própria aquisição do sinal é feita considerando somente os coeficientes significativos. Qualquer objeto que possa ser interpretado como um sinal esparso permite sua utilização. Assim, ao se representar esparsamente um objeto (sons, imagens) é possível aplicar a técnica de CS. Este trabalho verifica a viabilidade da aplicação da teoria de CS na compressão de malhas, de modo que seja possível um sensoreamento e representação compressivos na geometria de uma malha. Nos experimentos realizados, foram utilizadas variações dos parâmetros de entrada e técnicas de minimização da Norma L1. Os resultados obtidos mostram que a técnica de CS pode ser utilizada como estratégia de compressão da geometria das malhas. / Data compression is an area of a major interest in computational terms due to the issues on storage and transmission. Particularly, mesh compression has wide usage due to the increase of its application in games and three-dimensional modeling. In recent years, a new theory of acquisition and reconstruction of signals was developed, based on the concept of sparsity and in the minimization of the L1 norm and the incoherency of the signal, called Compressive Sensing (CS). This theory has some remarkable features, such as random sampling and reconstruction by minimization, in a way that the signal acquisition is done by considering only its significant coefficients. Any object that can be interpreted as a sparse sign allows its use. Thus, representing an object sparsely (sounds, images), you can apply the technique of CS. This work explores the viability of CS theory on mesh compression, so that it is possible a representative and compressive sensing on the mesh geometry. In the performed experiments, different parameters and L1 Norm minimization strategies were used. The results show that CS can be used as a mesh geometry compression strategy.

Métodos de Lagrangianos aumentados são muito utilizados para resolver problemas de minimização de funções sujeitas a restrições gerais. Em particular, estudamos um método de Lagrangianos aumentados que utiliza a função PHR, implementado em ALGENCAN, e observamos seu comportamento quando o aplicamos na resolução de um problema encontrado na área de Computação Gráfica. O problema estudado é um problema encontrado na geração de malhas de superfícies, na etapa de pós-processamento, para o qual propomos uma técnica de otimização visando a melhoria dos elementos da malha. Quando se trata de geração de malhas de superfícies em \'R POT. 3\', parametrizações de malhas triângulares que representam superfícies são usadas em muitas aplicações de processamento de malhas para vários fins. Muitas vezes é necessário preservar a métrica da superfície e, assim, minimizar a deformação do ângulo e da área. A técnica que propomos de otimização visa melhorar as distorções de ângulos e áreas impostas por uma parametrização. Para verificar o comportamento da técnica proposta, implementamo-na em C++ e utilizamos algumas malhas de modelos clássicos da literatura para realizar os experimentos numéricos. Os resultados obtidos foram promissores / Augmented Lagrangian methods are frequently used to solve minimization problems subject to general constraints. In particular, we study an augmented Lagrangian method that uses the PHR function, implemented in ALGENCAN, and observe its behavior when applied to solve a problem found in the field of Computer Graphics. The problem we will study and solve is found in the post-processing stage of the surface mesh generation, for which we propose an optimization technique to improve the mesh elements. When it comes to meshing surfaces in \'R POT..3\', triangular meshes parametrizations are widely used in applications of mesh processing. It is often necessary to preserve the surface metric and, thus, minimize the angle and area deformation. The optimization technique we propose aims to improve the distortions imposed by a parametrization onto angles and areas. To assert the efectiveness of the proposed technique, we implemented it in C++ language and used some classic mesh models from the literature to performe numerical experiments. The results were promising