Análise numérica de escoamentos turbulentos tridimensionais empregando o método de elementos finitos e simulação de grandes escalas

O presente trabalho apresenta o estudo e implementação de um algoritmo numérico para análise de escoamentos turbulentos, tridimensionais, transientes, incompressíveis e isotérmicos, através da Simulação de Grande Escalas, empregando o Método de Elementos Finitos. A modelagem matemática do problema baseia-se nas equações de conservação de massa e quantidade de movimento de um fluido quase-incompressível. Adota-se um esquema de Taylor-Galerkin, com integração reduzida e fórmulas analíticas das funções de interpolação, para o elemento hexaédrico de oito nós, com funções lineares para as componentes de velocidade e constante no elemento para a pressão. Para abordar o problema da turbulência, emprega-se a Simulação de Grandes Escalas, com modelo para escalas inferiores à resolução da malha. Foram implementados o modelo clássico de Smagorinsky e o modelo dinâmico de viscosidade turbulenta, inicialmente proposto por Germano et al, 1991. Uma nova metodologia, denominada filtragem por elementos finitos independentes, é proposta e empregada, para o processo de segunda filtragem do modelo dinâmico. O esquema, que utiliza elementos finitos independentes envolvendo cada nó da malha original, apresentou bons resultados com um baixo custo computacional adicional. São apresentados resultados para problemas clássicos, que demonstram a validade do sistema desenvolvido. A aplicabilidade do esquema utilizado, para análise de escoamentos caracterizados por elevados números de Reynolds, é discutida no capítulo final. São apresentadas sugestões para aprimorar o esquema, visando superar as dificuldades encontradas com respeito ao tempo total de processamento, para análise de escoamentos tridimensionais, turbulentos e transientes .

Os ambientes de geometria dinâmica e o pensamento hipotético-dedutivo

O processo de demonstração é axial na construção do conhecimento matemático. Na geometria euclidiana, ele é um dos aspectos que apresenta grandes obstáculos aos alunos. Uma das dificuldades aparece na transição, necessária, entre o conhecimento de natureza empírica, já adquirido, e aquele a ser construído: a geometria euclidiana enquanto modelo teórico, organizado em axiomas, teoremas e demonstrações. Os recursos informáticos hoje disponíveis provocam a busca de estratégias pedagógicas favoráveis à construção deste conhecimento. Entender as suas potencialidades torna-se um objeto de investigação: o que acontece com os processos cognitivos quando ao sujeito em interação com a máquina é possibilitada a concretização de seus construtos e ações mentais, e quando, mediante realimentação imediata, ele é levado a novas reelaborações e construções mentais? E como tais processos concorrem para um novo conhecimento? Esta tese propõe uma engenharia didática, em ambiente de geometria dinâmica, que favorece a ascensão dos alunos em patamar de conhecimento — de empírico a hipotético-dedutivo. Toma-se como referencial a teoria piagetiana, bem como a teoria da situação didática em matemática desenvolvida pela escola francesa. A engenharia se desenrola em três níveis: no primeiro, o propósito é a compreensão do significado e da necessidade de demonstração por via de construções geométricas; no segundo nível, pretende-se o desenvolvimento das primeiras habilidades na produção de demonstrações; e, no terceiro, os problemas propostos ao alunos exigem mais de seus funcionamentos cognitivos no tratamento adequado de uma figura geométrica — trata-se das extensões de desenho e concomitantes apreensões operativas responsáveis pela identificação de subconfigurações geométricas que dão suporte à argumentação dedutiva. Análise a posteriori do desenrolar dos trabalhos dos alunos confirma as expectativas anunciadas na análise a priori apresentada na fase de concepção da situação didática cuja implementação é proposta: o progresso dos alunos na construção de conhecimento em geometria, como modelo matemático, foi expressivo.

Aplicação de XML para estruturação de ambientes de controle acadêmico baseado em ontologias

Nos últimos anos, um grande esforço tem sido despendido no estudo de formas de representar documentos textuais, chamados semi-estruturados, objetivando extrair informações destes documentos com a mesma eficiência com que essas são extraídas de bancos de dados relacionais e orientados a objetos. A pesquisa, em dados semi-estruturados, tornou-se fundamental com o crescimento da Web como fonte e repositório de dados, uma vez que os métodos de pesquisa existentes, baseados em navegação e busca por palavra-chave, mostraram-se insuficientes para satisfazer as necessidades de consulta em escala cada vez maior. Com o surgimento da XML, e a tendência de se tornar a linguagem padrão na Web, fez com que a representação de informações fosse dirigida para este novo padrão, porque disponibiliza um bom intercâmbio de informações e a produção de documentos eletrônicos. Existe a necessidade de se disponibilizar os documentos e as informações na rede em formato Web, HTML ou XML. Sendo assim, consultar documentos XML representa um desafio para a comunidade de pesquisa em banco de dados, pois implica em disponibilizar os grandes volumes de dados já existentes em formato XML, surgindo a necessidade de ferramentas de consulta que sejam ao mesmo tempo, flexíveis o suficiente para compreender a heterogeneidade dos documentos e, poderosas ao ponto de extraírem informações com rapidez e correção. Este trabalho apresenta uma abordagem sobre a linguagem XML, sua importância, vantagens, principais aplicações e as linguagens de consulta para dados XML. Após, é detalhada uma aplicação para Web utilizando a tecnologia XML, baseado em Ontologias, e a sua disponibilização na Web. A aplicação desenvolvida utilizou XML e linguagens de consulta para XML e com suporte a XML, baseando-se em Ontologias, com o objetivo de permitir consultas e o armazenamento de informações referentes aos alunos concluintes de determinados cursos da Universidade da Região da Campanha - Urcamp/Bagé, colocando à disposição da Universidade uma nova ferramenta, que disponibiliza informações referentes aos cursos em questão, utilizando uma nova tecnologia, que tende a tornar-se padrão na Web.

Smart visible sets para ambientes de rede

A visualização em tempo real de cenas complexas através de ambientes de rede é um dos desafios na computação gráfica. O uso da visibilidade pré-computada associada a regiões do espaço, tal como a abordagem dos Potentially Visible Sets (PVS), pode reduzir a quantidade de dados enviados através da rede. Entretanto, o PVS para algumas regiões pode ainda ser bastante complexo, e portanto uma estratégia diferente para diminuir a quantidade de informações é necessária. Neste trabalho é introduzido o conceito de Smart Visible Set (SVS), que corresponde a uma partição das informações contidas no PVS segundo o ângulo de visão do observador e as distâncias entre as regiões. Dessa forma, o conceito de “visível” ou de “não-visível” encontrado nos PVS é estendido. A informação referente ao conjunto “visível” é ampliada para “dentro do campo de visão” ou “fora do campo de visão” e “longe” ou “perto”. Desta forma a informação referente ao conjunto “visível” é subdividida, permitindo um maior controle sobre cortes ou ajustes nos dados que devem ser feitos para adequar a quantidade de dados a ser transmitida aos limites impostos pela rede. O armazenamento dos SVS como matrizes de bits permite ainda uma interação entre diferentes SVS. Outros SVS podem ser adicionados ou subtraídos entre si com um custo computacional muito pequeno permitindo uma rápida alteração no resultado final. Transmitir apenas a informação dentro de campo de visão do usuário ou não transmitir a informação muito distante são exemplos dos tipos de ajustes que podem ser realizados para se diminuir a quantidade de informações enviadas. Como o cálculo do SVS depende da existência de informação de visibilidade entre regiões foi implementado o algoritmo conhecido como “Dual Ray Space”, que por sua vez depende do particionamento da cena em regiões. Para o particionamento da cena em uma BSP-Tree, foi modificada a aplicação QBSP3. Depois de calculada, a visibilidade é particionada em diferentes conjuntos através da aplicação SVS. Finalmente, diferentes tipos de SVS puderam ser testados em uma aplicação de navegação por um cenário 3D chamada BSPViewer. Essa aplicação também permite comparações entre diferentes tipos de SVS e PVS. Os resultados obtidos apontam o SVS como uma forma de redução da quantidade de polígonos que devem ser renderizados em uma cena, diminuindo a quantidade de informação que deve ser enviada aos usuários. O SVS particionado pela distância entre as regiões permite um corte rápido na informação muito distante do usuário. Outra vantagem do uso dos SVS é que pode ser realizado um ordenamento das informações segundo sua importância para o usuário, desde que uma métrica de importância visual tenha sido definida previamente.

Matéria orgânica e características físicas, químicas, mineralógicas e espectrais de latossolos de diferentes ambientes

A matéria orgânica é de grande importância em solos tropicais e subtropicais, pois influencia em suas propriedades físicas, químicas, biológicas, mineralógicas e espectrais. O clima e a interação da matéria orgânica com a fração mineral apresentam um papel fundamental nas relações que envolvem o acúmulo, estabilização e qualidade da matéria orgânica no solo. Nesse sentido, no estudo 1, investigou-se a qualidade da matéria orgânica, a partir de sua caracterização por espectroscopia de ressonância magnética nuclear do 13C, ao longo de uma climossequência de Latossolos do Rio Grande do Sul. O teor de matéria orgânica foi influenciado pelas condições climáticas aumentando seu teor no solo conforme aumentou a relação PMA/PET (quociente da precipitação média anual e potencial de evapotranspiração). O grupo C-O-alquil apresentou a maior contribuição nos espectros de RMN do 13C, sendo que as maiores proporções ocorreram nos horizontes superficiais dos solos de ambientes mais frios e úmidos. Os índices de humificação testados foram eficientes para avaliar o grau de humificação na climossequência. No estudo 2, o principal objetivo foi analisar a influência dos teores e da qualidade da matéria orgânica e da mineralogia sobre o comportamento espectral de Latossolos de diferentes ambientes. Os resultados obtidos demonstram que a técnica de espectrorradiometria do solo pode auxiliar na identificação e mesmo na quantificação de atributos do solo como teor de matéria orgânica e óxidos de ferro. As correlações significativas entre reflectância e os teores de matéria orgânica e os índices de humificação obtidas pela espectroscopia de RMN do 13C mostraram ser promissoras e necessitam de estudos mais aprofundados para estabelecimento de índices que possam auxiliar no entendimento da qualidade da matéria orgânica do solo.

Mecanismo de suporte à percepção em ambientes cooperativos

O objetivo deste trabalho é desenvolver um mecanismo para suporte à percepção de eventos no passado. Percepção pode ser conceituada como o conhecimento sobre as atividades do grupo, passadas, presentes e futuras, sobre o próprio grupo e seu status geral. Sem este conhecimento, o trabalho cooperativo coordenado e estruturado torna-se quase impossível. O suporte à percepção pode ser dividido em seis questões (o que, quando, como, onde, quem e quanto), analisadas sob ponto de vista de sistemas assíncronos e síncronos. A questão “quando” analisa o momento em que ocorre uma atividade, o que gera um evento, podendo ser no “passado”, “passado contínuo”, “presente” ou “futuro”. Uma atividade no “passado” é aquela que foi concluída em um momento passado e cujo registro interessa às outras atividades. Apesar de sua importância, o suporte à percepção de eventos no passado é ainda muito limitado nas ferramentas de groupware hoje disponíveis. Como conseqüência, situações como a ausência de um membro do grupo por um certo período de tempo não são tratadas. Como estas situações de ausência são bastante comuns, durante o trabalho em grupo, o seu tratamento é fundamental em um groupware. Desta forma, a ausência de membros do grupo exige a contextualização não apenas daqueles que continuam no trabalho, mas, principalmente, daqueles que retornam ao ambiente cooperativo. Neste trabalho, é apresentado um mecanismo flexível para o suporte à percepção de eventos no passado destinado a cobrir a referida contextualização. Este mecanismo foi construído na forma de um framework, projetado para ser flexível a ponto de poder ser incluído em qualquer ferramenta de groupware, desde que seu autor o queira. Este framework, chamado de BW (Big Watcher), foi organizado em quatro pacotes: três independentes, que trocam informações, descritas no quarto pacote, através somente de classes de fachada. Estas informações são essencialmente eventos, os quais representam as atividades realizadas e já concluídas por algum membro desempenhando um papel dentro do grupo. Estas atividades são registradas pelo groupware junto ao framework, de modo que este groupware possa, através do framework, contextualizar seus membros. Além disso, o groupware também pode especializar várias classes dentro do framework BW, como a descrição dos papéis e a própria descrição dos eventos. Assim, este framework pode ser integrado a qualquer ferramenta de groupware em ambiente assíncrono que necessite de um mecanismo para o suporte à percepção de eventos no passado, para evitar que situações de ausência prejudiquem o andamento dos trabalhos. Finalmente, foi implementado e testado o framwork BW sobre o groupware CUTE/COPSE para validar as idéias desta dissertação.

Discriminação de ambientes aquáticos poluídos e não poluídos através da amplificação e clivagem do rDNA 16S

O crescimento desordenado da população e a expansão mal planejada das cidades, tem levado a precariedade das condições de saneamento e abastecimento hídrico, tornando a água um importante meio de desenvolvimento e transporte de microrganismos, muitos destes patogênicos. Desta maneira, torna-se necessário além da busca de soluções, o monitoramento eficiente e constante dos níveis e focos de contaminação. O presente trabalho teve como objetivo principal diferenciar ambientes aquáticos poluídos de não poluídos por contaminação de origem fecal, através de padrões moleculares. Para tanto foram escolhidos os arroios Feijó e Carvão, localizados na região metropolitana de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, de onde foram coletadas amostras de água no verão e no inverno de 2001, submetidas a determinação do número mais provável (NMP) de coliformes totais e fecais, através da fermentação em tubos múltiplos. No Arroio Feijó foram observados índices de coliformes fecais superiores ao arroio Carvão, portanto o primeiro foi considerado modelo de ambiente aquático poluído e o segundo, não poluído. Seguiu-se a extração do DNA total das amostras brutas, amplificação do rDNA 16S pela PCR e clivagem destes com as enzimas de restrição Rsa I, Taq I e Alu I. Os padrões de clivagens observados com Rsa I sugerem a discriminação destes ambientes, uma variação sazonal foi observada entre as amostras de verão e inverno. O método mostrou-se sensível para uma análise comparativa entre estruturas de comunidades bacterianas em ambientes aquáticos.

Avaliação de técnicas de interação egocêntricas em ambientes virtuais

Navegação, seleção e manipulação de objetos em ambientes virtuais são baseadas em métodos (técnicas de interação) associados a dispositivos convencionais ou especiais. Existem várias técnicas e dispositivos à disposição dos que desenvolvem aplicações com tais ambientes, sendo a escolha da técnica mais adequada uma tarefa difícil. Neste trabalho, são apresentadas diversas técnicas de interação existentes, suas metáforas e taxonomias, para realizar tarefas de seleção e manipulação de objetos e navegação do usuário pelo AV. A metodologia adotada nos experimentos realizados, visando a avaliar técnicas de interação em AVs imersivos foi composta por critérios de avaliação de interfaces de IHC (interface humano-computador), com critérios utilizados por Bowman, Mine e Poupyrev em seus experimentos com interfaces 3D. Também são apresentados alguns experimentos realizados, tendo vista avaliarem-se técnicas de interação na realização de tarefas de navegação, seleção e manipulação de objetos em ambientes virtuais imersivos. O objetivo deste trabalho foi a realização de experimentos para avaliar técnicas de interação para operações de seleção, manipulação e navegação em ambientes virtuais. Foram realizadas duas experiências: a primeira é uma avaliação de técnicas de seleção e manipulação em um ambiente semi-imersivo similar a um jogo de xadrez. As técnicas avaliadas são a mão virtual, associada a um mouse comum e a uma luva; e a ray-casting, associada à luva. Observou-se que o desempenho dos sujeitos é superior, quando a técnica utilizada é a mão virtual associada ao mouse comum. A segunda experiência apresenta uma avaliação experimental de dispositivos de RV em tarefas de navegação. Foi criado um ambiente, contendo um edifício com um elevador panorâmico e corredores de entrada e saída. Os testes foram realizados num ambiente imersivo, com capacete e luva, e, também em um ambiente semi-imersivo, com mouse comum e óculos com lentes de cristal líquido. Nesse segundo experimento, a preferência dos usuários pelos equipamentos utilizados foram o capacete e a luva. Observou-se que a existência ou não de objetos familiares no trajeto percorrido pelo usuário, não afeta a quantidade de colisões do sujeito com as mesmas.

Manipulação simultânea de objetos em ambientes virtuais imersivos

Este trabalho trata do suporte à interação simultânea de mais de um usuário, sobre um mesmo objeto, em Ambientes Virtuais Colaborativos. Este suporte é obtido através do conceito de Metáfora Colaborativa e da arquitetura que materializa este conceito. Primeiramente, abordam-se os aspectos referentes às formas de interação usadas em ambientes virtuais imersivos monousuários. São apresentadas algumas técnicas interativas consideradas relevantes ao desenvolvimento do trabalho. No que diz respeito aos Ambientes Virtuais Colaborativos propriamente ditos apresentam-se suas principais características incluindo as semelhanças com os ambientes tradicionais de suporte computadorizado ao trabalho cooperativo. São abordados tanto aspectos referentes às facilidades providas por estes ambientes, quanto ao seu projeto e arquitetura. As principais abordagens existentes para suportar a interação entre usuários em ambientes virtuais colaborativos são apresentadas e é feita uma análise da execução de tarefas colaborativas em ambientes imersivos apontando-se as principais dificuldades existentes nos sistemas atuais. A partir deste embasamento, faz-se o desenvolvimento da chamada Metáfora Colaborativa, que se constitui em um conjunto de regras que permitem combinar técnicas interativas comumente usadas na interação individual em ambientes virtuais imersivos. Esta combinação é baseada na definição de quais graus de liberdade cada usuário irá controlar durante a manipulação simultânea de um objeto. Para possibilitar a combinação das técnicas individuais na implementação de ambientes virtuais colaborativos, foi definida uma arquitetura que prevê sistemas de controle local sobre cada ambiente e a combinação dos comandos aplicados sobre os objetos. Com o objetivo de avaliar a Metáfora Colaborativa, foram modeladas e implementadas diversas técnicas de interação colaborativa e sua eficiência foi aferida através de tarefas. Foi definido um protocolo de testes aplicado a trinta duplas de usuários, comparando seu desempenho individual e colaborativo na execução das tarefas.

Custos de bem-estar que resultam da não neutralidade da legislação tributária em ambientes de baixa inflação: o caso brasileiro

Objetiva investigar alguns possíveis efeitos que interação entre a regulação tributária - mais especificamente aquela que diz respeito à tributação sobre o capital – e a inflação podem gerar sobre o bem-estar social. Para tal, inicialmente procuraremos estudar esses efeitos a partir de uma ótica de equilíbrio parcial, utilizando o arcabouço teórico sugerido por Felsdstein (1999). Alternativamente, empregaremos um modelo de equilíbrio geral, que é uma extensão do modelo de Sidrauski (1967) elaborado por Abel (1999).

Um Modelo de replicação em ambientes que suportam mobilidade

Os estudos sobre mobilidade intensificaram-se com o uso em grande escala da Internet, pois esta trouxe a possibilidade de explorar mobilidade através de redes heterogêneas, conectadas por diferentes links de comunicação e distantes umas das outras. A replicação de componentes em sistemas distribuídos normalmente é utilizada para torná-los mais confiáveis e seguros ou para aumentar o desempenho da aplicação, uma vez que acessos remotos podem ser evitados através da localidade da réplica. Em qualquer um dos casos, a replicação implica a manutenção na consistência entre as múltiplas cópias, isto é, é preciso garantir que as cópias estejam com seus estados consistentes em um determinado momento. Em sistemas que permitem mobilidade e replicação, a principal preocupação é com a consistência e o gerenciamento das réplicas do objeto móvel. Isto é, dependendo da técnica de replicação utilizada, como gerenciar um objeto e suas réplicas se estes podem mudar sua localização? Como garantir um bom desempenho do sistema? Estas perguntas esta proposta procura responder. Este trabalho apresenta um modelo de replicação em ambientes de objetos distribuídos que permitem mobilidade chamado ReMMoS - Replication Model in Mobility Systems. O objetivo deste modelo é prover um ambiente de execução para suporte ao desenvolvimento de aplicações envolvendo mobilidade explicita e replicação implicita. Assim, o programador não necessita preocupar-se com o gerenciamento e a consistencia das cópias.

Descrição e geração de ambientes para simulações com sistemas multiagentes

Este trabalho situa-se na área de Sistemas Multiagente, que é uma sub-área da Inteligência Artificial Distribuída. Em particular, o problema abordado nesta dissertação é o da modelagem de ambientes, um aspecto importante na criação de simulações baseadas em sociedades de agentes cognitivos, no entanto pouco tratado na literatura da área. A principal contribuição deste trabalho é a concepção de uma linguagem, chamada ELMS, própria para a definição de ambientes multiagente, e a implementação de um protótipo de interpretador para esta linguagem. O resultado da interpretação é um processo que simula o ambiente descrito em alto nível, e é apropriado para a interação com os agentes cognitivos que irão compartilhar o ambiente. Esta linguagem foi desenvolvida no contexto do projeto MASSOC, que tem como objetivo a criação de simulações sociais com agentes cognitivos. A abordagem deste projeto dá ênfase ao uso da arquitetura BDI para agentes cognitivos, a comunicação inter-agente de alto nível (ou seja, baseada em atos de fala) e a modelagem de ambientes com a linguagem ELMS, que é proposta neste trabalho. Os ambientes e agentes que podem ser usados na criação de simulaçõpes, bem como a comunicação entre eles utilizando a ferramenta SACI, são definidos ou gerenciados a partir de uma interface gráfica, que facilita a criação e controle de simulações com a plataforma MASSOC. Além de apresentar a linguagem ELMS e seu interpretador, esta dissertação menciona ainda, como breve estudo de caso, uma simulação de aspectos sociais do crescimento urbano. Esta simulação social auxiliou na concepção e avaliação da linguagem ELMS.

A mediação com pessoas com necessidades educacionais especiais em ambientes de aprendizagem virtuais : desvelando caminhos para atuação na Zona de Desenvolvimento Proximal

Este trabalho se propõe a fazer um recorte das interações professor-aluno em ambiente de aprendizagem virtual, qual seja, a ação mediadora na apropriação das ferramentas informáticas junto a alunos com Necessidades Educacionais Especiais. Foram levantados 5 tipos de intervenção efetivadas pelo mediador-professor, através da escolha da metodologia qualitativa do estudo de multicasos, enfocando desta forma, 3 casos de ação pedagógica direcionadas a 3 alunos. Neste sentido, o foco do estudo em si passou a constituir-se nos procedimentos de atuação do mediador no transcurso do processo de apropriação no ambiente de aprendizagem virtual do Núcleo de Informática na Educação Especial (NIEE), da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Os tipos de intervenção identificados foram utilizados pelos mediadores coerentemente aos pressupostos da teoria Sócio-histórica e, em particular, o construto da Zona de Desenvolvimento Proximal (ZDP), os quais permearam sempre a atuação mediacional instaurada como suporte ao aluno, no sentido de mobilizar suas estruturas internas buscando o deslocamento na referida ZDP, materializando desenvolvimento real no sujeito. Os resultados apontaram para a importância da competência pedagógica do professor quanto à qualidade e adequação de seus suportes, dentre os 5 identificados, que devem acompanhar o delineamento e deslocamento do aluno na sua ZDP, suscitando processos internos de aprendizagem e desenvolvimento.

Criança na Internet : constituindo a coletividade em ambientes virtuais

Nesta dissertação, proponho-me investigar o processo de interações interindividuais de crianças em ambientes virtuais, a fim de acompanhar a constituição da coletividade nos mesmos. Para tanto, fundamentei-me no interacionismo piagetiano, tecendo também com o dialogismo bakhtiniano e as reflexões de Pierre Lévy sobre as Tecnologias Digitais da Informação e da Comunicação. Com esses pressupostos, constituiu-se um olhar que possibilitou realizar as análises apresentadas no presente trabalho. Em um primeiro momento, foi feito um estudo exploratório sobre a interação de crianças na Internet, no qual acompanhou-se o acesso às ferramentas e às produções dos colegas. A partir desse estudo, desenvolveu-se um protótipo de plataforma de software denominado CRIANET (CRIAnça na interNET). Este é um espaço que integra ferramentas para a comunicação síncrona e assíncrona e oportuniza o encontro dos participantes através da rede. Posteriormente, foi realizado um trabalho com alunos do ensino fundamental voltado à coletividade, no qual acompanhou-se a efetivação das trocas entre os sujeitos. A leitura desse processo contribuiu para o entendimento da inserção de crianças na Internet, consolidando-a enquanto um meio de comunicação que favorece a transversalidade e a reciprocidade.