Efficient representations of large radiosity matrices

The radiosity equation can be expressed as a linear system, where light interactions between patches of the scene are considered. Its resolution has been one of the main subjects in computer graphics, which has lead to the development of methods focused on different goals. For instance, in inverse lighting problems, it is convenient to solve the radiosity equation thousands of times for static geometries. Also, this calculation needs to consider many (or infinite) light bounces to achieve accurate global illumination results. Several methods have been developed to solve the linear system by finding approximations or other representations of the radiosity matrix, because the full storage of this matrix is memory demanding. Some examples are hierarchical radiosity, progressive refinement approaches, or wavelet radiosity. Even though these methods are memory efficient, they may become slow for many light bounces, due to their iterative nature. Recently, efficient methods have been developed for the direct resolution of the radiosity equation. In this case, the challenge is to reduce the memory requirements of the radiosity matrix, and its inverse. The main objective of this thesis is exploiting the properties of specific problems to reduce the memory requirements of the radiosity problem. Hereby, two types of problems are analyzed. The first problem is to solve radiosity for scenes with a high spatial coherence, such as it happens to some architectural models. The second involves scenes with a high occlusion factor between patches. For the high spatial coherence case, a novel and efficient error-bounded factorization method is presented. It is based on the use of multiple singular value decompositions along with a space filling curve, which allows to exploit spatial coherence. This technique accelerates the factorization of in-core matrices, and allows to work with out-of-core matrices passing only one time over them. In the experimental analysis, the presented method is applied to scenes up to 163K patches. After a precomputation stage, it is used to solve the radiosity equation for fixed geometries and infinite bounces, at interactive times. For the high occlusion problem, city models are used. In this case, the sparsity of the radiosity matrix is exploited. An approach for radiative exchange computation is proposed, where the inverse of the radiosity matrix is approximated. In this calculation, near-zero elements are removed, leading to a highly sparse result. This technique is applied to simulate daylight in urban environments composed by up to 140k patches.La ecuación de radiosidad tiene por objetivo el cálculo de la interacción de la luz con los elementos de la escena. Esta se puede expresar como un sistema lineal, cuya resolución ha derivado en el desarrollo de diversos métodos gráficos para satisfacer propósitos específicos. Por ejemplo, en problemas inversos de iluminación para geometrías estáticas, se debe resolver la ecuación de radiosidad miles de veces. Además, este cálculo debe considerar muchos (infinitos) rebotes de luz, si se quieren obtener resultados precisos de iluminación global. Entre los métodos desarrollados, se destacan aquellos que generan aproximaciones u otras representaciones de la matriz de radiosidad, debido a que su almacenamiento requiere grandes cantidades de memoria. Algunos ejemplos de estas técnicas son la radiosidad jerárquica, el refinamiento progresivo y la radiosidad basada en wavelets. Si bien estos métodos son eficientes en cuanto a memoria, pueden ser lentos cuando se requiere el cálculo de muchos rebotes de luz, debido a su naturaleza iterativa. Recientemente se han desarrollado métodos eficientes para la resolución directa de la ecuación de radiosidad, basados en el pre-cómputo de la inversa de la matriz de radiosidad. En estos casos, el desafío consiste en reducir los requerimientos de memoria y tiempo de ejecución para el cálculo de la matriz y de su inversa. El principal objetivo de la tesis consiste en explotar propiedades específicas de ciertos problemas de iluminación para reducir los requerimientos de memoria de la ecuación de radiosidad. En este contexto, se analizan dos casos diferentes. El primero consiste en hallar la radiosidad para escenas con alta coherencia espacial, tal como ocurre en algunos modelos arquitectónicos. El segundo involucra escenas con un elevado factor de oclusión entre parches. Para el caso de alta coherencia espacial, se presenta un nuevo método de factorización de matrices que es computacionalmente eficiente y que genera aproximaciones cuyo error es configurable. Está basado en el uso de múltiples descomposiciones en valores singulares (SVD) junto a una curva de recubrimiento espacial, lo que permite explotar la coherencia espacial. Esta técnica acelera la factorización de matrices que entran en memoria, y permite trabajar con matrices que no entran en memoria, recorriéndolas una única vez. En el análisis experimental, el método presentado es aplicado a escenas de hasta 163 mil parches. Luego de una etapa de precómputo, se logra resolver la ecuación de radiosidad en tiempos interactivos, para geométricas estáticas e infinitos rebotes. Para el problema de alta oclusión, se utilizan modelos de ciudades. En este caso, se aprovecha la baja densidad de la matriz de radiosidad, y se propone una técnica para el cálculo aproximado de su inversa. En este cálculo, los elementos cercanos a cero son eliminados. La técnica es aplicada a la simulación de la luz natural en ambientes urbanos compuestos por hasta 140 mil parches

Radiation techniques for urban thermal simulation with the Finite Element Method

Modern societies are increasingly organized in cities. In the present times, more than half of the world’s population lives in urban settlements. In this context, architectural and building scale works have the need of extending their scope to the urban environment. One of the main challenges of these times is understanting all the thermal exchanges that happen in the city. The radiative part appears as the less developed one; its characterization and interaction with built structures has gained attention for building physics, architecture and environmental engineering. Providing a linkage between these areas, the emerging field of urban physics has become important for tackling studies of such nature. Urban thermal studies are intrinsically linked to multidisciplinary work approaches. Performing full-scale measurements is hard, and prototype models are difficult to develop. Therefore, computational simulations are essential in order to understand how the city behaves and to evaluate projected modifications. The methodological and algorithmic improvement of simulation is one of the mainlines of work for computational physics and many areas of computer science. The field of computer graphics has addressed the adaptation of rendering algorithms to daylighting using physically-based radiation models on architectural scenes. The Finite Element Method (FEM) has been widely used for thermal analysis. The maturity achieved by FEM software allows for treating very large models with a high geometrical detail and complexity. However, computing radiation exchanges in this context implies a hard computational challenge, and forces to push the limits of existing physical models. Computer graphics techniques can be adapted to FEM to estimate solar loads. In the thermal radiation range, the memory requirements for storing the interaction between the elements grows because all the urban surfaces become radiation sources. In this thesis, a FEM-based methodology for urban thermal analysis is presented. A set of radiation techniques (both for solar and thermal radiation) are developed and integrated into the FEM software Cast3m. Radiosity and ray tracing are used as the main algorithms for radiation computations. Several studies are performed for different city scenes. The FEM simulation results are com-pared with measured temperature results obtained by means of urban thermography. Post-processing techniques are used to obtain rendered thermograms, showing that the proposed methodology pro-duces accurate results for the cases analyzed. Moreover, its good computational performance allows for performing this kind of study using regular desktop PCs.Las sociedades modernas están cada vez más organizadas en ciudades. Más de la mitad de la población mundial vive en asentamientos urbanos en la actualidad. En este contexto, los trabajos a escala arquitectónica y de edificio deben extender su alcance al ambiente urbano. Uno de los mayores desafíos de estos tiempos consiste en entender todos los intercambios térmicos que suceden en la ciudad. La parte radiativa es la menos desarrollada; su caracterización y su interacción con edificaciones ha ganado la atención de la física de edificios, la arquitectura y la ingeniería ambiental. Como herramienta de conexión entre estas áreas, la física urbana es un área que resulta importante para atacar estudios de tal naturaleza. Los estudios térmicos urbanos están intrinsecamente asociados a trabajos multidisciplinarios. Llevar a cabo mediciones a escala real resulta difícil, y el desarrollo de prototipos de menor escala es complejo. Por lo tanto, la simulación computacional es esencial para entender el comportamiento de la ciudad y para evaluar modificaciones proyectadas. La mejora metodológica y algorítmica de las simulaciones es una de las mayores líneas de trabajo para la física computacional y muchas áreas de las ciencias de la computación. El área de la computación gráfica ha abordado la adaptación de algoritmos de rendering para cómputo de iluminación natural, utilizando modelos de radiación basados en la física y aplicándolos sobre escenas arquitectónicas. El Método de Elementos Finitos (MEF) ha sido ampliamente utilizado para análisis térmico. La madurez alcanzada por soluciones de software MEF permite tratar grandes modelos con un alto nivel de detalle y complejidad geométrica. Sin embargo, el cómputo del intercambio radiativo en este contexto implica un desafío computacional, y obliga a empujar los límites de las descripciones físicas conocidas. Algunas técnicas de computación gráfica pueden ser adaptadas a MEF para estimar las cargas solares. En el espectro de radiación térmica, los requisitos de memoria necesarios para almacenar la interacción entre los elementos crecen debido a que todas las superficies urbanas se transforman en fuentes emisoras de radiación. En esta tesis se presenta una metodología basada en MEF para el análisis térmico de escenas urbanas. Un conjunto de técnicas de radiación (para radiación solar y térmica) son desarrolladas e integradas en el software MEF Cast3m. Los algoritmos de radiosidad y ray tracing son utilizados para el cómputo radiativo. Se presentan varios estudios que utilizan diferentes modelos de ciudades. Los resultados obtenidos mediante MEF son comparados con temperaturas medidas por medio de termografías urbanas. Se utilizan técnicas de post-procesamiento para renderizar imágenes térmicas, que permiten concluir que la metodología propuesta produce resultados precisos para los casos analizados. Asimismo, su buen desempeño computacional posibilita realizar este tipo de estudios en computadoras personales

Validation and Enhancement of a Supermesh Strategy for the CFD Simulation of Four-Stroke Internal Combustion Engines

The present paper describes and validates an efficient CFD implementation to replicate the working fluid-dynamics of a real four-stroke internal combustion engine. To do this, experimental data obtained on a single-cylinder engine are used to validate the proposed computational approach. The engine domain is divided into regions according to each moving zone, and these are coupled using a pseudo-supermesh interface presented in a previous work by the authors. In this work, the original pseudo-supermesh strategy is enhanced by introducing the dual-boundary concept to model the valve opening/closing events to increase the accuracy and simplicity of the simulation procedure. The results produced by the proposed software tool show a good correlation to the experimental measurements of the complete engine cycle. Macroscopic quantities of the in-cylinder flow are accurately replicated as well as the instantaneous evolution of the in-cylinder and intake manifold pressure. Furthermore, the present work shows that the computational efficiency and scalability of the enhanced pseudo-supermesh approach are preserved even when applied to more complex real problems. In this sense, this work contributes to a new engineering tool promoting the enhanced pseudo-supermeshes as an effective tool for the design, development, and optimization of internal combustion engines.Fil: Aguerre, Horacio Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Pedreira, Patricio Hernán. Instituto Tecnológico de Buenos Aires; ArgentinaFil: Orbaiz, Pedro Jose. Instituto Tecnológico de Buenos Aires; ArgentinaFil: Nigro, Norberto Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; Argentin

Reflections on sustainable spatial development, management and social deliberative citizenship: the case of bacia do rio Almada (BA)

Este artigo tem por objetivo discutir o desenvolvimento territorial sustentável a partir da atuação de diferentes atores sob a ótica da gestão social e o processo de cidadania deliberativa. Analisa-se a construção do "Programa de Manejo Agroambiental da Bacia do Rio Almada" na região pertencente ao território de cidadania Litoral Sul da Bahia. Organizaram-se os dados, as informações e as entrevistas por meio de estudo de caso. Para construção do caso, foi utilizada a triangulação de técnicas da história oral e do sensemaking. O caso em tela contribui para a reflexão sobre os desafios e oportunidades referentes à gestão social, indicando que o processo de cidadania deliberativa pode se constituir em estratégia necessária para o desenvolvimento territorial sustentável. Assim, fica claro que o diálogo, a participação dos atores na elaboração e implantação de políticas públicas é algo complexo, porém imprescindível, quando se almejam transformações das realidades sociais

Implante de Cardiodesfibrilador Automatico Transvenoso en Paciente con Vena Cava Superior Izquierda Persistente

La persistencia de la vena cava superior izquierda se observa en el 0.5% de la población. Describimos la técnica para el implante transvenoso del electrodo para DAI en VD, utilizando electrodos mas largos que los habituales y de fijación activa dada la rigidez de los mismos. La mayor experiencia de los equipos implantadores, asi como la mejor tecnología de los electrodos, permite el implante de sistemas endocavitarios, aun en pacientes con ausencia de vena cava superior derecha

Implante de Cardiodesfibrilador Automatico Transvenoso en Paciente con Vena Cava Superior Izquierda Persistente

La persistencia de la vena cava superior izquierda se observa en el 0.5% de la población. Describimos la técnica para el implante transvenoso del electrodo para DAI en VD, utilizando electrodos mas largos que los habituales y de fijación activa dada la rigidez de los mismos. La mayor experiencia de los equipos implantadores, asi como la mejor tecnología de los electrodos, permite el implante de sistemas endocavitarios, aun en pacientes con ausencia de vena cava superior derecha

Revista de Ciencias Sociales (Vol. 22 no. 25 jul 2009)

Juventud como objeto, jóvenes como sujetos. Presentación/ Verónica Filardo Notas sobre a invençâo social de um singular sujeito de dereitos. Juventude, juventudes/ Regina Novaes La construcción social de las juventudes/ Carlos Basilio Muñoz De los herederos a los desheredados. Juventud, capital escolar y trayectorias de vida/ Oscar Dávila León, Felipe Ghiardo Soto Las marcas de clase de la inseguridad ciudadana. Juventud y pobreza/ Gabriel Chouhy, Sebastián Aguiar, Laura Noboa Adiós juventud: tendencias en las transiciones a la vida adulta en Uruguay/ Santiago Cardozo, Alejandra Iervolino Reflexiones sobre equidad entre clases de edad/ Verónica Filardo De jóvenes ni, ni que habitan Casavalle. Representaciones sociales desde espacios de exclusión/ Fabiana Espíndola Fragmentación socioeconómica y segregación urbana en Montevideo/ Danilo Veiga, Ana Laura Rivoir Diagnóstico y repertorio de políticas para el rediseño institucional de la enseñanza media en Uruguay/ Nicolás Bentancur, Tabaré Fernández Reseñas de libros El Uruguay del siglo XX. La sociedad/ Sylvia González La movilidad social en el Uruguay contemporáneo/ Enrique Mazzei La implementación de normas de calidad en la industria uruguaya. Entre la innovación y el ritualismo/ Graciela Lescano Las bases invisibles del bienestar social. El trabajo no remunerado en Uruguay/ Alejandra Iervolino Las batallas por la subjetividad: luchas sociales y construcción de derechos en Uruguay/ Pedro Robert