Η τεχνική Radiosity για τη μελέτη διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε εσωτερικούς χώρους:
Creators: name: Μουχταρόπουλος, Δημήτριος Θωμά
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: διάδοση ακτινοβολίας
απώλεια διαδρομής
επικοινωνίες εσωτερικού χώρου
radiosity
propagation model
indoor communications

description: Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της διάδοσης της ακτινοβολίας σε εσωτερικούς χώρους, μέσω της τεχνικής Radiosity. Η τεχνική αυτή εφαρμόζεται εδώ και δεκαετίες στο Φωτορεαλισμό και τα Γραφικά Υπολογιστών, ενώ τα τελευταία χρόνια έχει χρησιμοποιηθεί σε ερευνητικό επίπεδο για τη μελέτη της διάδοσης στο εξωτερικό περιβάλλον. Η συγκεκριμένη εργασία περιλαμβάνει την αναλυτική περιγραφή της τεχνικής Radiosity και την υλοποίηση ενός προγράμματος, με το οποίο πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις σε τέσσερα παραδείγματα εσωτερικών χώρων. Γίνεται αναφορά στη μοντελοποίηση του τρισδιάστατου χώρου μέσω μιας ιεραρχίας γεωμετρικών αντικειμένων και ειδικότερα στη μοντελοποίηση της κεραίας εκπομπής. Στη συνέχεια, εξετάζεται το σύνθετο πρόβλημα του υπολογισμού των παραγόντων μορφής. Περιγράφονται οι αλγόριθμοι Ημι-Κύβου και Κυβικού Τετραέδρου, ενώ εξετάζονται ορισμένες ειδικές περιπτώσεις που αφορούν την προβολή των τρισδιάστατων αντικειμένων σε διδιάστατο ορατό παράθυρο (μετασχηματισμός συντεταγμένων, εξαίρεση πίσω πλευράς, ψαλίδισμα πολυγώνων, συμπλήρωση πολυγώνων, εξάλειψη κρυφής επιφάνειας). H περιγραφή της τεχνικής ολοκληρώνεται με την επίλυση της εξίσωσης Radiosity. Χρησιμοποιούνται δύο αλγόριθμοι (Πλήρης Radiosity και Radiosity Προοδευτικής Βελτίωσης) για τους οποίους παρουσιάζονται τα μειονεκτήματα και πλεονεκτήματά τους. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν τρεις προσομοιώσεις σε απλά παραδείγματα εσωτερικών χώρων (άδειο δωμάτιο, κάθετοι διάδρομοι, παράλληλα δωμάτια) και μία προσομοίωση σε πραγματική αίθουσα διδασκαλίας, στη συχνότητα των 2,75 GHz. Για την τελευταία περίπτωση, συγκρίνονται τα αποτελέσματα της τεχνικής Radiosity με 15 πειραματικές μετρήσεις σε διάφορα σημεία ενός επιπέδου. Προκύπτει μέση απόκλιση 3,9 dB για την απώλεια διαδρομής, ενώ ο χρόνος υπολογισμού μέσω της τεχνικής Radiosity ήταν μόλις 7 λεπτά.
description: The aim of the present thesis is to study the propagation of the electromagnetic radiation in interior spaces, with the use of the Radiosity method. This method has been applied for decades to photorealism and computer graphics; while over the past few years it has been applied into the academic research field of propagation in the external environment. This essay includes a detailed description of the Radiosity method as well as an implementation of a programming code, with which we have simulated four interior space examples. Firstly, we present a modeling technique of the three-dimensional space, by setting an hierarchy of geometric objects, and especially of the transmitter antenna. Secondly, the complex problem of the form factor computation is examined. The Hemi-Cube and Cubic Tetrahedron algorithms are described, while a number of special cases on the projection of three-dimensional objects in two-dimensional view window are also investigated (coordinate transformation, backface culling, polygon clipping and filling, hidden surface elimination). The description of the Radiosity method is completed by the solution of the Radiosity equation. Two algorithms are used (Full Radiosity and Progressive Refinement Radiosity), and their respective advantages and disadvantages are evaluated. Lastly, we perform three simulations in simple interior spaces (empty room, perpendicular corridors, parallel rooms) and one in a real classroom for the frequency of 2.75 GHz. For the latter simulation, the results of the Radiosity method are compared with 15 experimental measurements in random points on a plane. The mean deviation for the path loss has been computed as 3,9 dB, while the computation time through the Radiosity method has been less than 7 minutes.