Surface-ray tracing solution of ellipsoid of revolution for UTD mutual coupling applications

An analytical surface-ray tracing has been carried out for the prolate ellipsoid of revolution using a novel geodesic constant method. This method yields closed form expressions for all the ray-geometric parameters required for the UTD mutual coupling calculations for the antennas located arbitrarily in three dimensions, on the ellipsoid of revolution.

Ray tracing based path-length calculations for polarized light tomographic imaging

A ray tracing based path length calculation is investigated for polarized light transport in a pixel space. Tomographic imaging using polarized light transport is promising for applications in optical projection tomography of small animal imaging and turbid media with low scattering. Polarized light transport through a medium can have complex effects due to interactions such as optical rotation of linearly polarized light, birefringence, diattenuation and interior refraction. Here we investigate the effects of refraction of polarized light in a non-scattering medium. This step is used to obtain the initial absorption estimate. This estimate can be used as prior in Monte Carlo (MC) program that simulates the transport of polarized light through a scattering medium to assist in faster convergence of the final estimate. The reflectance for p-polarized (parallel) and s-polarized (perpendicular) are different and hence there is a difference in the intensities that reach the detector end. The algorithm computes the length of the ray in each pixel along the refracted path and this is used to build the weight matrix. This weight matrix with corrected ray path length and the resultant intensity reaching the detector for each ray is used in the algebraic reconstruction (ART) method. The proposed method is tested with numerical phantoms for various noise levels. The refraction errors due to regions of different refractive index are discussed, the difference in intensities with polarization is considered. The improvements in reconstruction using the correction so applied is presented. This is achieved by tracking the path of the ray as well as the intensity of the ray as it traverses through the medium.

Analytic-domain lens design with proximate ray tracing.

We have developed an alternative approach to optical design which operates in the analytical domain so that an optical designer works directly with rays as analytical functions of system parameters rather than as discretely sampled polylines. This is made possible by a generalization of the proximate ray tracing technique which obtains the analytical dependence of the rays at the image surface (and ray path lengths at the exit pupil) on each system parameter. The resulting method provides an alternative direction from which to approach system optimization and supplies information which is not typically available to the system designer. In addition, we have further expanded the procedure to allow asymmetric systems and arbitrary order of approximation, and have illustrated the performance of the method through three lens design examples.

Improvements in the ray tracing of implicit surfaces based on interval arithmetic

Las superfícies implícitas son útiles en muchas áreasde los gráficos por ordenador. Una de sus principales ventajas es que pueden ser fácilmente usadas como primitivas para modelado. Aun asi, no son muy usadas porque su visualización toma bastante tiempo. Cuando se necesita una visualización precisa, la mejor opción es usar trazado de rayos. Sin embargo, pequeñas partes de las superficies desaparecen durante la visualización. Esto ocurre por la truncación que se presenta en la representación en punto flotante de los ordenadores; algunos bits se puerden durante las operaciones matemáticas en los algoritmos de intersección. En este tesis se presentan algoritmos para solucionar esos problemas. La investigación se basa en el uso del Análisis Intervalar Modal el cual incluye herramientas para resolver problemas con incertidumbe cuantificada. En esta tesis se proporcionan los fundamentos matemáticos necesarios para el desarrollo de estos algoritmos.

Reconstruction of the refractive index profile of planar waveguides using ray tracing analysis

We propose a method for refractive index profiling based on measuring coordinates and angles of laser beams passing across the waveguide layer. Calculations are performed by solving an integral equation using new global optimization methods.

Paralelización del algoritmo Monte Carlo Ray Tracing para Comunicaciones Ópticas Submarinas

Máster Universitario en Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería (SIANI)

Modelli di scambio termico in pozzo sulla base della caratterizzazione geotermica di un reservoir a bassa entalpia: studio di sensitività sulla efficienza dei sistemi di condizionamento a pompa di calore

Tra i temi di attualità, quello del risparmio energetico è tra i più dibattuti negli ultimi anni; tale tema è strettamente correlato al problema del riscaldamento globale, infatti, mentre sul prossimo esaurimento delle risorse energetiche tradizionali non vi sono ancora certezze assolute, per quanto riguarda l’azione nociva dei gas serra, la Comunità Scientifica Internazionale si ritrova d’accordo su una netta presa di posizione contro l’emissione di tali sostanze, provocata in larga parte dall’utilizzo dei combustibili fossili. In questo contesto, l’Unione Europea sta promuovendo la diffusione di tecnologie che non prevedano l’utilizzo di gas, petrolio o carbone, soprattutto per il settore dell’edilizia, ove una corretta progettazione e l’utilizzo di tecnologie non convenzionali può portare alla riduzione anche dell’80% dei consumi, con conseguente abbattimento delle emissioni. Tra questi interventi innovativi, il più comune e conosciuto è sicuramente quello del solare termico e fotovoltaico; ma ne esistono anche di altri, ancora non molto pubblicizzati in Italia, ma ampiamente conosciuti e utilizzati in altri paesi dell’Unione. Tra questi, vi è il sistema di riscaldamento analizzato in questa tesi: la pompa di calore geotermica. Tale sistema, come verrà spiegato nell’elaborato di laurea, ha indubbi vantaggi economici, energetici ed ambientali, a fronte di una non trascurabile spesa iniziale. Attualmente, nel Nord Italia, si incominciano a vedere impianti di questo tipo, sulla scia del successo riscontrato nei paesi confinanti (in particolare Austria e Svizzera). La progettazione si basa attualmente su modelli statici, sviluppati dall’Università Svizzera del Canton Ticino, per l’utilizzo della pompa di calore nel territorio alpino. Obiettivo della tesi, è la verifica di tali modelli, di cui si è venuto a conoscenza grazie alla collaborazione con l’Università SUPSI, sulle condizioni idrogeologiche della Pianura Padana, soffermandosi su alcuni parametri fondamentali della progettazione di una pompa di calore geotermica, quali la conduttività e la capacità termica volumetrica dei terreni incontrati, la presenza di falde, ed i parametri geometrici del pozzo, al fine di dare una valutazione tecnica ed economica dell’impianto. Tali analisi è stata infatti fino ad ora affrontata in maniera sommaria dai perforatori, che eseguono generalmente sempre lo stesso modello di pozzo geotermico, sulla base degli esempi consolidati di Svizzera e Germania. Alcune misure di temperatura in situ sono state rilevate in collaborazione con la società Geotermia SRL di Mantova, ditta specializzata nella perforazione di pozzi geotermici (tale esperienza è parte centrale dell’estratto “Laboratorio di Tesi Ls”), mentre la parte modellistica della tesi è stata sviluppata in collaborazione con lo studio di progettazione Studio Seta SRL di Faenza, il cui stabile è climatizzato in parte con una pompa di calore geotermica.