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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37761
Tipo: Tese
Título: Levantamento e modelagem da vegetação arbórea para simulação computacional da iluminação natural
Autor(es): Lima, Eliana de Fátima da Costa
Orientador: Leder, Solange Maria
Orientador: Pimentel, Roberto Leal
Orientador: Silva, Felipe Tavares da
Orientador: Pedrini, Aldomar
Orientador: Labaki, Lucila Chebel
Resumo: A vegetação arbórea é um elemento de difícil inserção na predição da iluminação natural. Para simular um ambiente com árvores, em softwares de simulação da luz natural, é necessário o desenvolvimento de modelos tridimensionais que representem todos os elementos intervenientes na reprodução da luz. Idealmente, variáveis, como a altura, a geometria da copa, a quantidade, dimensão e espaçamento das folhas, a dimensão do tronco, os ramos e galhos, os índices de refletância, os índices de opacidade, entre outras variáveis, devem ser reproduzidos no modelo tridimensional. Além disso, a complexa modelagem depende ainda de um minucioso levantamento de todas as variáveis listadas. Assim, esta tese tem o objetivo principal de caracterizar um método, simplificado e passível de reprodução, para levantamento e modelagem da vegetação arbórea na simulação computacional da luz natural. Os dados desta pesquisa são provenientes de duas fontes: medições sob condições de céu real e simulações computacionais da luz natural. Registros de iluminâncias e luminâncias (imagens HDR) compõem o banco de dados da pesquisa. Foram realizadas análises comparativas que buscaram validar os resultados das simulações computacionais, verificando em que medida o modelo 3D computacional da árvore representa adequadamente a árvore utilizada na coleta de campo (céu real). Os principais resultados comparativos entre medições e simulações indicaram correlações fortes a moderadas (Teste de Spearman) em todos os cenários estudados. Observou-se que os erros encontrados a partir dos indicadores estatísticos MBE e RMSE tendem a ser maiores, principalmente nos pontos mais próximos à janela, onde estão expostos a uma quantidade e variabilidade maior de luz. Esse resultado significa que há uma maior dificuldade em prever a iluminância com maior rigor em locais com iluminação excessiva. Observou-se que, estatisticamente, existe uma correlação entre o DGP extraído das imagens HDR e o DGP extraído das simulações, porém fraca. O coeficiente de determinação (R2) indicou que os resultados são estatisticamente significativos em 47% das observações. Este resultado pode ser explicado, principalmente, devido à entrada direta da luz do sol no espaço em alguns horários, e a consequente alteração da distribuição da iluminância nas superfícies. De modo geral, pôde-se supor que as principais fontes de discrepâncias entre as medições realizadas sob céu real e as simulações computacionais foram: 1) ausência do entorno no modelo computacional; 2) diferenças entre os tipos de céu (céu real e o modelo de céu de Perez utilizado nas simulações); 3) a presença da luz solar direta; 4) diferenças nas características fotométricas dos materiais; 5) escala dos dispositivos utilizados nas medições de campo. Diferenças entre resultados de medições e simulações são esperados na prática da simulação devido às simplificações dos fenômenos luminosos ocorridos, especialmente no caso de simulações computacionais envolvendo elementos tão complexos como copas de árvores. Assim, conclui-se que o método empregado neste estudo pode contribuir para a simulação da permeabilidade da copa à passagem da luz natural.
Abstract: The arboreal vegetation is an element of difficult insertion in the prediction of daylighting. To simulate an environment with trees, in daylight simulation software, it is necessary to develop three-dimensional models that represent all the elements intervening in the reproduction of light. Ideally, variables such as height, crown geometry, quantity, leaf size and spacing, trunk size, branches and twigs, reflectance indices, opacity indices, among other variables, should be reproduced in the three-dimensional model. In addition, the complex modeling also depends on a thorough survey of all the variables listed. Thus, this thesis has the main objective of characterizing a simplified and reproducible method for surveying and modeling tree vegetation in the computer simulation of daylight. The data for this research comes from two sources: measurements under real sky conditions and computer simulations of daylight. Illuminance and luminance records (HDR images, or High Dynamic Range images) make up the research database. Comparative analyses were performed to validate the results of the computer simulations, verifying to what extent the 3D computer model of the tree adequately represents the tree used in the field collection (real sky). The main comparative results between measurements and simulations indicated strong to moderate correlations (Spearman Correlation) in all scenarios studied. It was observed that the errors found from the statistical indicators MBE (Mean Bias Error) and RMSE (Root Mean Squarred Error) tend to be larger, especially at the points closest to the window, where they are exposed to a greater amount and variability of light. This result means that there is a greater difficulty in predicting illuminance more accurately in locations with excessive illuminance. It was observed that statistically there is a correlation between the DGP (Discomfort Glare Probability) extracted from the HDR images and the DGP extracted from the simulations, but weak. The coefficient of determination (R²) indicated that the results are statistically significant in 47% of the observations. These results were already expected, mainly due to the direct entrance of sunlight into the space at some times, and the consequent alteration of the illuminance distribution on the surfaces. In general, it could be assumed that the main sources of discrepancies between the measurements performed under real sky and the computational simulations were: 1) absence of the surroundings in the computational model; 2) differences between sky types (real sky and the Perez sky model used in the simulations); 3) the presence of direct sunlight; 4) differences in the photometric characteristics of the materials; 5) scale of the devices used in the field measurements. Differences between measurement and simulation results are expected in simulation practice due to the simplifications of the light phenomena occurring, especially in the case of computer simulations involving elements as complex as tree canopies. Thus, it is concluded that the method employed in this study can contribute to the simulation of canopy permeability to the passage of natural light.
Palavras-chave: Iluminação natural
Vegetação arbórea
Simulação computacional
Daylighting
Arboreal vegetation
Computational simulation
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Civil e Ambiental
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/37761
Data do documento: 31-Mar-2023
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental



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