Algoritmos de iluminación global aplicados al cómputo de radiación considerando vegetación

Abstract

Los árboles juegan un rol importante en las ciudades, debido a que absorben una cantidad considerable de radiación solar y bloquean la luz directa, permitiendo un mayor confort térmico y visual para las personas. La simulación de la radiación solar en un diseño urbano es una herramienta útil para evaluar y realizar propuestas de uso eficiente de la energía solar en las ciudades. De esta forma se mitigan los efectos del cambio climático y se mejoran tanto la salud como la calidad de vida de los ciudadanos. Debido a que la ciudad tiene una geometría compleja, incluir vegetación genera un problema multi-escala que empeora las condiciones de la simulación. Esto se debe a que se consumen muchos recursos de computo en aspectos minúsculos como una hoja, que no influyen a una escala superior como una pared. A su vez, se dificultan las tareas del diseñador que debe encargarse del diseño geométrico de los árboles, además del de los edificios y cuestiones estructurales. Es por ello que surge la necesidad de utilizar técnicas que simplifiquen este proceso, evaluando su costo computacional e implicancias en los resultados finales. En este proyecto se implementa un subconjunto de 4 técnicas para incluir árboles en cálculos de radiación, utilizando algoritmos de ray tracing. Para el cálculo de la radiación recibida en las superficies de la escena se utiliza el método de daylight coefficients. La evaluación computacional de las técnicas se realiza sobre un escenario urbano generado para la ciudad de Montevideo, Uruguay. Además, se propone un escenario canónico que resulta adecuado para evaluar la calidad de los resultados. Se concluye que la utilización de estructuras de aceleración en ray tracing permite considerar eficientemente la diferencia de escala entre la vegetación y los edificios. Las técnicas simplificadas pueden reflejar la evolución del árbol en el tiempo de forma sencilla y brindan resultados aceptables junto con un buen desempeño computacional, incluso en sistemas con recursos de cómputo limitados.