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PROJETOS LUMINOTÉCNICOS 14- Projetos Luminotécnicos Assistidos por Computador (CALD) 1 24/01/2007 Prof Luis Lancelle 14 – PROJETOS LUMINOTÉCNICOS ASSISTIDOS POR COMPUTADOR – CALD EMENTA Estudo dos programas computacionais para luminotécnica (iluminação natural e artificial), através da análise dos principais softwares existentes; pequeno histórico da simulação computacional no mundo e na realidade brasileira; algoritmos e métodos de cálculo de cada um, inter-relações entre os mesmos; limitações da simulação computacional, métodos alternativos. Exemplos de aplicação de programas computacionais em projetos. OBJETIVOS Fornecer ao aluno uma panorâmica dos programas computacionais dedicados ao cálculo luminotécnico (iluminação artificial e natural); Informar o aluno sobre os diversos métodos e algoritmos existentes, as vantagens e desvantagens de cada um e as limitações da simulação luminotécnica; Capacitar o aluno à escolha do programa mais adequado aos seus objetivos de projeto. PROGRAMA 1 - Razões para uso de programas de computador (softwares) – Luminância vs iluminância – Método de cálculo energeticamente correto só exeqüível por computador – Sobre-dimensionamento controlado - Necessidade de cálculos cada vez mais complexos – Confiabilidade – Rapidez. 2 - Representação – Geométrica (GDM): Cartesiana e Vetorial – Extensões – Formatos Gráficos: 2D e 3D (dwg) – Intercambio entre programas e com a Internet (dxf, dwf). 3 - Dados fotométricos – Formato digital: IESNA, CIBSE TM14 – CIE 102 – EULUMDAT. 4 – Softwares de projeto de luminárias – Photopia: Software de simulação virtual de luminárias. 5 - Softwares de iluminação natural e insolação– DLN - Luz do Sol – Daylight - TropLux 6 - Softwares de iluminação natural e artificial – Algoritmos dos softwares complexos para iluminação - Radiosidade vs Raytracing - Vantagens e desvantagens - Análise de alguns softwares - Pontos fortes e fracos – Softwares abertos e softwares proprietários. Técnicas de apresentação de Projetos 7 - Software de iluminação e fases projetuais – 8 – Tendências futuras –

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14 – PROJETOS LUMINOTÉCNICOS ASSISTIDOS POR COMPUTADOR – CALD

EMENTA Estudo dos programas computacionais para luminotécnica (iluminação natural e artificial), através da análise dos principais softwares existentes; pequeno histórico da simulação computacional no mundo e na realidade brasileira; algoritmos e métodos de cálculo de cada um, inter-relações entre os mesmos; limitações da simulação computacional, métodos alternativos. Exemplos de aplicação de programas computacionais em projetos. OBJETIVOS

• Fornecer ao aluno uma panorâmica dos programas computacionais dedicados ao cálculo luminotécnico (iluminação artificial e natural);

• Informar o aluno sobre os diversos métodos e algoritmos existentes, as vantagens e desvantagens de cada um e as limitações da simulação luminotécnica;

• Capacitar o aluno à escolha do programa mais adequado aos seus objetivos de projeto.

PROGRAMA • 1 - Razões para uso de programas de computador (softwares) –

Luminância vs iluminância – Método de cálculo energeticamente correto só exeqüível por computador – Sobre-dimensionamento controlado - Necessidade de cálculos cada vez mais complexos – Confiabilidade – Rapidez.

• 2 - Representação – Geométrica (GDM): Cartesiana e Vetorial – Extensões – Formatos Gráficos: 2D e 3D (dwg) – Intercambio entre programas e com a Internet (dxf, dwf).

• 3 - Dados fotométricos – Formato digital: IESNA, CIBSE TM14 – CIE 102 – EULUMDAT.

• 4 – Softwares de projeto de luminárias – Photopia: Software de simulação virtual de luminárias.

• 5 - Softwares de iluminação natural e insolação– DLN - Luz do Sol – Daylight - TropLux

• 6 - Softwares de iluminação natural e artificial – Algoritmos dos softwares complexos para iluminação - Radiosidade vs Raytracing - Vantagens e desvantagens - Análise de alguns softwares - Pontos fortes e fracos – Softwares abertos e softwares proprietários. Técnicas de apresentação de Projetos

• 7 - Software de iluminação e fases projetuais – • 8 – Tendências futuras –

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PROJETO INTEGRADO PLANO DE AULAS

DIA HORA MATÉRIA SEXTA 18:00 – 19:00 Face final do curso - Procedimentos 19:00 – 20:00 Razões para uso de programas de computador 20:00 – 21:00 Representação - Dados fotométricos 21:00 – 22:00 Softwares de projeto de luminárias SÁBADO 08:00 – 11:00 Softwares de Simulação Luminotécnica 11:00 – 12:00 Exemplos de Softs de Simulação Luminotécnica 14:00 – 16:00 Revisão e Discussão em grupo 16:00 – 17:00 Métodos e Instrumentos para luz natural 17:00 – 17:30 Software de iluminação e fases projetuais 17:30 – 18:00 Softwares de avaliação energética DOMINGO 08:00 – 09:00 Tendências futuras 10:00 – 11:00 Exercícios individuais – Apresentação dos grupos 10:00 – 12:00 Interfases – Multidisciplinaridade –

Projeto Integrado - Constituição de grupos

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ÍNDICE

EMENTA.................................................................................. 1

OBJETIVOS............................................................................. 1

PROGRAMA............................................................................. 1

PROJETO INTEGRADO............................................................. 2

PLANO DE AULAS.................................................................... 2

ÍNDICE ................................................................................... 3

1. INTRODUÇÃO................................................................. 4

2. RAZÕES PARA USO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS..5

3. REPRESENTAÇÃO ........................................................... 7

4. DADOS FOTOMÉTRICOS ............................................... 11

5. SOFTWARES DE PROJETO DE LUMINÁRIAS.................. 14

6. MÉTODOS E INSTRUMENTOS PARA LUZ NATURAL........ 20

7. SOFTWARES DE SIMULAÇÃO LUMINOTÉCNICA ............ 33

8. SOFTWARES DE SIMULAÇÃO E FASES PROJETUAIS...... 68

9. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA EDIFICAÇÃO................... 70

10. TENDÊNCIAS FUTURAS................................................. 72

11. INTERFASES-MULTIDISCIPLINARIDADE...................... 73

12. PROJETO INTEGRADO .................................................. 73

13. Referencias Bibliográficas............................................ 74

14. ANEXO I - Glossário ....................................................... 77

15. ANEXO II – Extensões Gráficas ....................................... 81

16. ANEXO III - Softwares de simulação luminotécnica............86

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1 - INTRODUÇÃO Dentro da complexidade do projeto arquitetônico e luminotécnico, com a infinidade de variáveis a serem consideradas, a questão ambiental, englobando conforto ambiental (térmico, luminoso e acústico), economia de energia e outros aspectos relacionados, torna-se cada vez mais importante dentro do panorama internacional. 1.1 - A iluminação do espaço construído - Luminotécnica Para muitos, ainda, a iluminação do espaço construído depende de um atributo exclusivamente artístico, ou seja atrelado a um “dom”, que está totalmente afastado de padrões projetuais e conceitos físicos, biológicos, fisiológicos, psicológicos, matemáticos, geométricos, metrológicos, etc. Desta forma acredita-se que a habilidade do uso da luz num projeto arquitetônico, por um Lighting Designer surge espontaneamente como o uso das tintas por um pintor, ou das notas por um compositor. Porém as exigências cada vez mais rigorosas, que demandam a observância de aspectos quantitativos, qualitativos, distributivos, de adequação à tarefa, e mais recentemente avaliativos, provenientes dos novos paradigmas de conforto visual, foto-biologia, foto-psicologia, eficiência energética, e primordialmente sustentabilidade, fazem que se transcenda o aspecto puramente criativo para se fazer uso de técnicas adequadas, dando lugar assim ao conceito mais amplo da Luminotécnica. 12 - Projetação luminotécnica assistida por computador -CALD Para abranger a formalização dos fenômenos atrelados às propriedades de reflexão, absorção, transmissão e cromatismo, que a luz define nos objetos, se torna necessário recorrer a uma parafernália de técnicas, métodos, procedimentos, recursos e cálculos, que se encarados artesanalmente em forma manual, transformariam o processo de projetação luminotécnica, em uma verdadeira “obra prima”. Esta impossibilidade de conciliar o exercício de uma profissão dinâmica como a de Lighting Designer, com as exigências mencionadas determinaram o surgimento de instrumentos computacionais que auxiliam ao profissional em temas tão variados como por exemplo os de

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determinação de valores de iluminância e luminância para uma tarefa visual específica, de probabilidades de ofuscamento, de índices de modelagem, de iluminância solar em geometrias complexas, etc. Hoje já não é mais lógico nem possível elaborar um projeto arquitetônico e luminotécnico sem levar em conta estes instrumentos, já que nota-se no panorama mundial uma forte tendência de normas cada vez mais rígidas com relação à questão ambiental no projeto, levando a exigências cada vez mais prementes e de maior apuração pelos projetistas. Ao encontro destas tendências, a iluminação natural deve ser fundamentalmente considerada, seja em um projeto novo ou em uma reabilitação de um espaço construído existente. Porém no caso de projeto luminotécnico onde se trabalha somente com luz artificial, conhecer e prever o comportamento da luz natural durante o dia, ajuda a otimizar e equilibrar as fontes de luz artificial, ganhando conseqüentemente em termos de conforto visual e de eficiência energética. Neste sentido então, os instrumentos computacionais são de grande auxílio, denominando lhes genericamente de CALD (computer aided lighting design). 2 - RAZÕES PARA O USO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS

2.1 - Vantagens, limitações e perspectivas Nos últimos anos, os programas computacionais, ou mais especificamente os softwares de simulação1, têm dado subsídio a projetos. Historicamente, é a partir dos anos 50 que se desenvolve a idéia de que todos os sistemas e processos podem ser objeto de simulação matemática; tal idéia surge com as perspectivas abertas pelo aparecimento dos grandes computadores, que poderiam resolver enormes e complexos sistemas de equações. Hoje, quase todos os programas para microcomputadores permitem a construção de modelos de simulação de algum tipo. Estes instrumentos computacionais têm-se demonstrado bastante práticos e eficientes, permitindo rapidez, economia e precisão nos resultados, tanto para projetos que ainda estão em processo de concepção, como para aqueles que já construídos e necessitam de algum tipo de reabilitação. 1 Entende-se simulação computacional como referente a qualquer algoritmo que mimetiza um processo físico (CHRISTAKOU apud HITCHCOCK, 2004)

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Com estes novos instrumentos computacionais é possível realizar análises que há algum tempo atrás só seriam viáveis através de cálculos complexos ou da construção de protótipos e medições in loco, dificultando a elaboração das pesquisas. No entanto, é importante ter em mente que, como qualquer instrumento computacional utilizado para um determinado fim, a simulação computacional tem suas limitações e desvantagens. No desenvolvimento dos modelos de simulação, muitas hipóteses simplificativas são adotadas, devido à complexidade dos fenômenos envolvidos. Tais hipóteses implicam em um distanciamento da situação real, podendo vir a comprometer a precisão dos resultados apresentados, fazendo-se portanto mister a validação dos modelos. A validação de um software é um processo que de certa forma, comprova a eficácia do mesmo como simulador, isto é, como reprodutor de uma realidade. Mas nem todos os softwares passam por este processo de forma sistemática, apesar de a ASHRAE ter publicado a Standard 140, para validação comparativa de programas de simulação de desempenho e a própria CIE tenha criado uma TC 33 “Test cases for assessment of accuracy, of lighting computer programs” em cujo relatório CIE 171.2006 tem participado o responsável deste trabalho (se anexa tradução ao português). Desta maneira, é importantíssimo que o usuário saiba escolher bem o programa adequado aos seus objetivos, e tenha a capacidade de interpretar os dados do que está simulando, e perceber possíveis falhas do programa. Muito útil é a efetuação de simulações paramétricas, onde uma situação é comparada a outra, mudando-se um dos parâmetros de simulação, e observando-se o resultado. Neste caso, importa mais o efeito e a comparação das duas situações do que o próprio número absoluto. A eficácia das simulações paramétricas atua no sentido de estimular o usuário das ferramentas de simulação sobre a sensibilidade dos programas a determinados dados de entrada. Muitas vezes, devido à impossibilidade de ter certeza sobre a validação de um software, a simulação paramétrica, que compara situações com a mudança de parâmetros (um de cada vez), permite ao usuário verificar qual a conseqüência da mudança de um determinado parâmetro de projeto. Após o surgimento dos instrumentos computacionais de auxílio ao projeto, chegando a níveis de complexidade bastante altos, adequados para estágios avançados de projeto (como se verá mais adiante), destaca-se no

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panorama atual a necessidade de uma nova geração de instrumentos computacionais, que auxiliem o projetista também nos primeiros estágios do projeto, ou seja, definição da forma, implantação, e primeiras decisões com relação às questões de iluminação natural e artificial. Esta nova geração deveria levar em conta as necessidades que o projetista tem ao início do projeto, principalmente a inexistência de definição de forma e materiais. Ainda devemos mencionar a situação da interface pouco amigável da maioria dos softwares de simulação de iluminação hoje existentes. De fato, são poucos os arquitetos que lidam com os softwares de auxílio ao projeto, por pura incapacidade de compreender plenamente suas interfaces e entender o processo de simulação dentro do processo de projeto. Isso se deve basicamente a dois fatores: a própria inadequação dos softwares, principalmente com relação a interface e manuais de “Ajuda”, e a carência formativa dos arquitetos, que somente há alguns anos começam a ter em seu percurso formativo disciplinas suficientes para cobrir as necessidades de conhecimento dos fatores ambientais e dos softwares correlatos. Há ainda uma necessidade de ampliar a abordagem sobre simulação computacional nos cursos de graduação em arquitetura e engenharias, criando também cursos de especialização que abordem este tema. Existem listas de discussão disponíveis para a troca de informação entre usuários. Em simulação podemos indicar a IBPSA-Brasil (International Building Physics Simulation Association) ([email protected]), com mais de 60 usuários cadastrados, e que pode ser utilizada para a troca de informações e cooperação entre os diferentes grupos nacionais. 3 - REPRESENTAÇÃO 3.1 - Representação geométrica de uma imagem Podemos representar geometricamente uma imagem através fundamentalmente de dois modelos, o modelo cartesiano, e o modelo vetorial ou polar. No modelo cartesiano 3D se utilizam 3 coordenadas cartesianas expressas por 3 valores escalares com seu respectivo signo (números reais).

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No modelo vetorial 3D, se utilizam também 3 valores: módulo ou valor (número real positivo), direção e sentido. 3.2 - Imagem digital A imagem digital é uma representação (simulação) em 2 ou 3 dimensões de uma imagem, através de um conjunto muito grande de valores digitais. Assim a imagem é guardada numa forma numérica, normalmente comprimida. Existem basicamente duas formas de se representar digitalmente uma imagem:

• Imagem de pontos, é a divisão do espaço numa malha; • Imagem vetorial, se baseia em vetores matemáticos;

3.3 - Imagem de pontos (rastreio, raster ou bit map) A imagem de pontos, rastreio, raster, ou bit map, baseia-se em dividir o espaço numa matriz de elementos cúbicos, definindo-se assim uma malha espacial. Cada elemento da malha denomina-se pixel. Assim essa malha espacial pode ser expressa por uma matriz [A,B,C], e associado a cada célula um número. Esse número, representa alguma propriedade, como cor, tonalidade, brilho, etc. Normalmente esse número expressa a percentagem de 3 cores, por exemplo: vermelho (R), verde (G) e azul (B), ou seja o modelo RGB da síntese aditiva. Por exemplo: 30% de vermelho, 20% de verde, 10% azul. Quanto mais fina a malha for, maior será a qualidade da imagem, e quanto maior o número em cada pixel, maior a quantidade de informação que poderemos colocar em cada um deles, e por tanto maior será a precisão da imagem. Tem o inconveniente de que ao se aumentar as dimensões da imagem os pixels vão distribuir-se por uma área maior, tornando a imagem mais indefinida, ou seja menos precisa, ainda que se utilizam métodos de interpolação na tentativa de preservar a qualidade. A qualidade de uma imagem digital tem dois aspectos: a quantidade de pixels por polegada quadrada (resolução da imagem), e o número de pixels na horizontal e na vertical (tamanho da imagem expresso em pixels).

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Por exemplo: se uma imagem possui 1.000 x 1.000 pixels, significa que possui 1 milhão de pixels (1M), porém não significa que a imagem seja de qualidade, já que o que define essa qualidade é a quantidade de pixels por polegada quadrada (DPIs) da imagem. Para uma boa definição é preciso que a imagem tenha pelo menos 300 DPIs, isso permite fazer uma cópia de alta qualidade em papel fotográfico, sendo que o tamanho da cópia (10x15 ou 15x18) vai depender de quantos pixels a imagem possui na vertical e quantos na horizontal. 3.4 - Imagem vetorial A imagem vetorial é uma imagem gerada a partir da descrição geométrica de formas através do modelo vetorial. Dessa forma, na representação vetorial, uma imagem é normalmente composta por curvas, elipses, polígonos, textos, etc, utilizando-se de vetores matemáticos para sua descrição. Se uma parte do desenho tiver uma cor constante, um representação vetorial apenas repete o padrão, não tendo que armazenar dados para cada pixel. Na representação vetorial geralmente se utiliza menos memória auxiliar no disco rígido e não se perde qualidade ao ser ampliada a imagem. Outra vantagem da imagem vetorial é a possibilidade de se isolar objetos e regiões, tratando-as independentemente.

Imagem bit map Imagem vetorial – 2D

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Imagem bit map Imagem vetorial – 2D

3.5 - Principais formatos de arquivos de imagem (vide anexo) • JPEG - Joint Photographic Experts Group

(JPG/JPEG/JP2/JPC/J2K) Bitmap A extensão em DOS é "JPG". É o formato mais utilizado e conhecido atualmente. Quase todas as câmaras digitais trabalham com este formato para arquivar as imagens. É muito utilizado na Internet e em multimídia, por ter uma alta compactação, e por suportar até 16.777.216 cores diferentes.

• TIFF - Tagged Image File Format (TIF/TIFF) Bitmap Arquivo padrão para impressão industrial (offset, rotogravura, flexogravura). Usado como opção nas câmaras fotográficas.

• GIF - Graphics Interchange Format Bitmap É usado extensivamente na Internet. Suporta imagens animadas e 256 cores por quadro.

• BMP - Windows Bitmap (BMP/DIB) Bitmap Usualmente usado pelos programas da Microsoft Windows. Não utiliza nenhum algoritmo de compressão, sendo seus arquivos de maior tamanho para uma mesma imagem.

• SVG - Scalable Vector Graphics Vetorial É um formato vetorial, criado e desenvolvido pelo World Wide Web Consortium.

• CDR - Formato proprietário da Corel Draw Vetorial • DWG – Drawing Format Vetorial

Arquivos de texto no padrão ASCII utilizados para armazenar dados de programas AutoCAD.

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• DWF – Design Web Format Vetorial Arquivos de texto utilizados para criar gráficos para serem usados na Internet , é viável visualizar um arquivo DWF no computador, ainda não tendo AutoCAD.

• DXF – Drawing Interchange Format Vetorial Arquivos de texto no padrão ASCII utilizados para armazenar e intercambiar dados de programas CAD

• PDF – Portable Document Format Bitmap e vetorial Formato nativo do Adobe Acrobat Reader, Adobe Acrobat Professional e do Adobe eBook Reader. Permite múltiplas páginas e ligações (links). As últimas versões permitem ainda a inclusão de vídeo, 3D, preenchimento de formulários, entre muitas outras opções.

• VRML – Virtual Reality Modelating Language Padrão de aplicativos de realidade virtual utilizado na Internet. Por meio desta linguagem, escrita em modo texto, é possível criar objetos tridimensionais podendo definir cor, transparência, brilho, textura (associado a um bit map)

4 - DADOS FOTOMÉTRICOS 4.1 - Conceito Com uma crescente quantidade e variedade de programas de computador orientados ao cálculo e simulação luminotécnica, os critérios de compatibilidade de seus dados se tornam um tema da maior importância. Os dados de entrada são fundamentalmente de quatro tipos:

• Relativos ao programa e partido: tarefa visual, população alvo e objetivos do projeto (ou do cliente);

• Relativos ao ambiente construído: geometria, objetos, materiais

(características fotométricas), cores e texturas; • Relativos às fontes de luz natural: data e hora do dia, localização, tipo

de céu, e características do recurso (controlador de luz solar) de luz natural utilizado; e

• Relativos às fontes de luz artificial (lâmpadas e luminárias):

fotométricos, geométricos, dos materiais, e do fabricante.

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E são estes últimos, que caracterizam às fontes artificiais, denominados genericamente de dados fotométricos, que os organismos de normatização, se tem, até o momento, empenhado mais em padronizar, e que permitem o uso de uma determinada dupla luminária / lâmpada num projeto luminotécnico. 4.2 - IESNA IESNA, sigla da Illuminating Engineering Society of North America, define em 1986, através de seu Computer Committee, o primeiro modelo de padronização dos dados fotométricos de fontes de luz artificial, denominados genericamente de PFF (Photometric Data File Formats). Esse primeiro modelo caracterizado pela denominação de IES LM-63-1986 - IES Recommended Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information, representa um significativo avanço no sentido da portabilidade de arquivos entre fabricantes e softwares diferentes, já que até esse momento cada fabricante tinha seu próprio modelo (ex: Philum da Plilips), ou não tinha nada, sendo neste caso somente manual a única forma de realizar um cálculo luminotécnico baseado em seus produtos. A partir desse momento vários paises ou órgãos internacionais tem definido padrões de PFF. Devido a varias limitações (como restrição de mais de um tipo de lâmpada, etc) a própria IESNA edita novas versões denominadas:

• LM 63/1991 • LM 63/1995, e

• LM 63/2002 com aprovação ANSI - American National Standards

Institute A extensão usada pelos arquivos IESNA é .ies ou .IES 4.3 - CIBSE CIBSE é a sigla de Chartered Institution of Building Services Engineers, encumbido da normatização do UK. Tomando como base o trabalho da IESNA, publica em 1988 a norma TM-14:1988 - CIBSE Standard File Format for the Electronic Transfer of

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Luminaire Photometric Data (com algumas restrições como a relativa aos meta - dados), usada intensamente pela industria britânica. A extensão usada pelos arquivos CIBSE é .cib 4.4 - EULUMDAT O PFF EULUMDAT foi definido em 1990 por Axel Stockmar, analista de desenvolvimento de sistemas da LCI Light Consult Inc - Software Engineering, de Berlin, Alemanha, quando do desenvolvimento de um software de cálculo luminotécnico sob o nome de Proposal for a Data Format for Exchange of Luminaire Data (Interior, Exterior, and/or Road Lighting Luminaires) for the Operating Systems MS-DOS 2.x/3.xx, and Under Condition of Unequivocal Coordination Between Luminaire and Data Set. Não tem documentação oficial, e apesar disso tornou-se de fato o standard europeu dos fabricantes de lâmpadas (Philips, Osram), de luminárias e de softwares luminotécnicos (DiaLUX, RELUX, SPECTRAL, LUMAGIC, RADEMACHER BELWIN). Se anexa uma tradução em inglês do original em alemão. A extensão usada pelos arquivos EULUMDAT é .ldt. O software utilitário EULUMCNV, desenvolvido por Ian Ashdown como freeware, converte de EULUMDAT para IES LM 63/1995.

4.5 - UNI

UNI é a sigla do Ente Nazionale Italiano di Unificazione, que editou a norma 10671 - Misure Fotométrica de Aparechi dÍluminazione. 4.6 - CIE CIE é a sigla da Commission Internationale de l'Eclairage, a qual Brasil adere através de seus órgãos INMETRO e ABNT, por tanto são os padrões CIE que devem ser por todos adotados no Brasil. Em 1993 a CIE edita em Viena, Áustria, a norma CIE 102-1993 Recommended File Format for Electronic Transfer of Luminaire Photometric Data, que apesar de ser teoricamente o standard internacional além de ser provavelmente a melhor norma existente em termos de qualidade, esta sendo bastante difícil sua adoção pela industria da iluminação. 4.7 - CEN

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Recentemente a CEN Comité Européen de Normalisation (European Committee for Standardization), dita a norma européia EN 13032-1 Lighting aplications – Mesurement and presentation of photometric data of Lamps and Luminaires - Part 1 – Mesurements, cujo principal rival na Europa é o padrão EULUMDAT, muito difundido em toda Europa. 4.8 - Outros Como foi mencionado existem inúmeros padrões proprietários fundamentalmente de fabricantes. Alguns deles são:

• LTLI – Lyz & Optik iluminação automotiva, Dinamarca, • Phillum – Calculux – Philips,

• TBT – Toshiba, Japão, etc

5 - SOFTWARE DE PROJETO DE LUMINÁRIAS 5.1 - Introdução Os softwares para projeto de luminárias objetivam fundamentalmente simular as condições geométricas e fotométricas da luminária em questão para validar seu projeto. Se baseiam no desenho da luminária, permitindo sua importação direta em alguma extensão CAD padrão (dwg, dxf, dwf, etc), nas localizações, geometrias e fotometrias reais das lâmpadas contidas nela, e nas propriedades fotométricas do material a ser utilizado em cada uma das partes que a compõem (refletor, difusor, lente, filtro, etc), podendo predisser, dessa forma, a performance fotométrica da luminária tanto qualitativa quanto qualitativamente. São muito utilizados, além da industria de luminárias, na industria de lanternas automotivas (ou aeronáuticas, ou navais), na industria de projetores exclusivamente, e na própria industria de lâmpadas, quando estas têm, além da função de ser fonte, funções de modificar fotométrica e espectrograficamente as características dessa fonte (dicroicas, flood lamp, spot lamp, dichro blue lamp, etc). Desta forma se otimiza o processo projetual de luminárias, diminuindo o tempo e o custo do desenvolvimento de novos produtos.

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O quadro a seguir ilustra essa diminuição.

Desenvolvimento de luminárias Etapa Sem software Com software

1. Projeto da luminária 1/7 dias - (*) 1 h/2 dias – (*)

2. Produção do protótipo 7/42 dias – 1/150 kR$ 1/6 semanas – 1/150 kR$

3. Fotometria do protótipo

1 /21 dias – 0,5/1 kR$ 1/21 dias – 0,5/1 kR$

4. Redefinição do projeto

1 h/1 dia – (*) -

5. 5 iterações normais (etapas 2 a 4)

6/45 semanas – 8/302 kR$ (máximo só 2

protótipos) -

Totals 6/46 semanas 8/302 kR$

1/10 semanas 1,5/151 kR$

(*) costo interno Tem também sido utilizada bastante, em forma totalmente incorreta por alguns fabricantes de luminárias, para fornecer à comunidade luminotécnica supostos diagramas polares de luminárias por eles fabricadas, para alimentar assim, como se for um dado real, a softwares de cálculo e simulação luminotécnica de arquiteturas. 5.2 - Photopia O Photopia é o melhor e mais difundido software desta categoria, tendo sido desenvolvido por Lighting Technologist Inc. (www.lighting-technologies.com), em Boulder, Colorado.

Trabalha em base a Ray Tracing, e tem desenvolvido na sua última versão 2,0 uma facilidade bastante versátil denominada Ferramenta paramétrica de desenho da óptica (Parametric Optical Design Tool), que consiste na projetação automática da ótica do aparelho (para extrusão/prensa ou torneado), baseada em uma série de parâmetros do projeto (fatores de peso em função de cavidades zonais). Sendo uma ferramenta de caráter interativo que, em apenas poucos minutos, redefine uma ótica em base a novos parâmetros.

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A seguir uma seqüência de interação em base a mudança de parâmetros.

Parâmetros iniciais

Aumento dos valores de iluminação no nadir

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Ainda maior aumento no nadir

Projeto final

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Sombras comparativas – Inicial e Final

Outras características importantes são:

• O módulo de refração (Refractor Module) que modela os elementos de refração da luminária da mesma forma que os de reflexão, usando-se bastante no projeto de LED´s e de lentes, ou para qualquer outra aplicação onde a propriedade mais presente seja a refração.

• Suporte de vários padrões fotométricos (IESNA, TM-14, e EULUMDAT) para importação e exportação.

• Além de permitir a importação de geometrias de quase todos os CADs presentes no mercado (AutoCAD, Inventor, Pro/Engineer, Solid Edge, SolidWorks, SDRC, etc), possui um CAD próprio dentro dele.

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A seguir um resumo de suas características marcantes:

1 Parametric Optical Design Tools PODT (vide acima)

2 Refractor Module RM (idem)

3 CAD interno Não possuindo CADs de 3D, se pode importar 2D e transformar em 3D com ele, Ferramentas parecidas com as de Autocad.

4 Raytracing muito veloz.

5 Importação de arquivos CAD STL Quase todo CAD gera arquivos STL (stereo lithography) que não precisa de tradução como o padrão IGES (em 30% dos casos).

6 Ilimitado numero de superfícies Com STL é viável simular quase qualquer sistema imaginável, com complexos lentes e refletores.

7 Padrões fotométricos Suporta tanto na entrada quanto na saída, padrões IESNA, EULUMDAT e TM14.

8 Planos de reflexão Habilidade para manipular e abrir diferentes planos de reflexão, e ainda suporte a materiais não difusos (impossível com radiósity).

9 Extensas bibliotecas de fotometrias de lâmpadas Além de permitir luminárias com tipos diferentes de lâmpadas simultaneamente. Mais de 170.

10 Plotagens com padrões universais Tanto para “full plane” quanto para planos primários somente.

11 Sumário de lumens Adicionalmente aos lumens absorvidos em cada parte da luminária, são fornecidos os lumens incidentes.

12 Extensa Biblioteca de materiais BRDF/BTDF Mais de 150 materiais

Preço da cópia:

• Photopia 2.0 (com 1 ano de PODT) U$S 5000,00 • Biblioteca de materiais BRDF/BTDF U$S 2500,00 • Refractor Module U$S 4000,00

È um software bastante preciso, a seguir curvas comparativas reais frente à simulação Photopia, para uma luminária fluorescente com 3 lâmpadas fluorescentes tubulares T8, em 3 planos 0, 45º e 90º.

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6 - MÉTODOS E INSTRUMENTOS PARA O PROJETO DE ILUMINAÇÃO NATURAL

6.1 - Sustentabilidade, clima e luz natural

Utilizar de forma apropriada a luz natural implica em conhecer a quantidade de radiação solar, as condições de céu predominante, o clima local, e as necessidades de aquecimento e/ou resfriamento do local, para poder então decidir os sistemas para luz natural mais apropriados. Uma série de instrumentos foram desenvolvidos para auxiliar os projetistas neste sentido, desde os mais antigos e simplificados, como as cartas bioclimáticas de Olgyay e Givoni (figura 1) - baseadas em diagramas psicrométricos2- , para análise do clima local e das condições de conforto, passando pelas cartas solares, transferidores auxiliares e diagramas para projeto dos protetores solares. Segundo Mansy (2003), estes instrumentos fazem parte da chamada primeira geração de instrumentos para auxílio no projeto. Estes fornecem uma base para análise e tomada de decisões que são o âmago do projeto sustentável. Muitos destes instrumentos foram posteriormente computadorizados, dando origem à chamada segunda geração de instrumentos, segundo o mesmo autor (Figuras 1 e 2).

Carta bioclimática de Givoni. Software AnyBio - LABEEE - UFSC.

2 Estes instrumentos foram dados na disciplina “Sustentabilidade” e revistos em “Recursos Físicos para Luz Natural”

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Carta solar com transferidor auxiliar sobreposto para projeto de protetores solares.

Outros instrumentos foram desenvolvidos, através da implementação de rotinas de cálculo e do desenvolvimento de algoritmos, e hoje o projeto conta com uma enorme quantidade dos chamados softwares de simulação, que efetivamente "simulam" uma condição ainda não existente. Pode-se afirmar que atualmente a simulação computacional é um instrumento de comprovada eficácia para verificação do desempenho de um projeto, e, portanto, considerada como parte integrante do contexto da arquitetura sustentável. Mansy (2003) destaca, no entanto, a necessidade de uma terceira geração de instrumentos computacionais, que auxiliem o projetista também nos primeiros estágios do projeto (localização forma). Destaca-se ainda a necessidade cada vez maior de instrumentos computacionais integrados, que permitam a simulação em estágio inicial e em estágios avançados, de diversos âmbitos do projeto, ligados à iluminação natural, artificial, consumo energético, etc.

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6.2 - O cálculo da iluminação natural Neste contexto de mudança de paradigma, nos últimos anos tem renascido o interesse na promoção das boas práticas de projeto de iluminação natural por razões de eficiência energética e conforto visual. O uso otimizado da luz natural em edificações usadas principalmente de dia pode, pela substituição da luz artificial, produzir uma contribuição significativa para a redução do consumo de energia elétrica, melhoria do conforto visual e bem-estar dos ocupantes. A luz natural possui uma variabilidade e qualidades mais agradáveis e apreciadas que o ambiente proporcionado pela iluminação artificial. Aberturas, em geral, proporcionam aos ocupantes o contato visual com o mundo exterior e permitem também o relaxamento do sistema visual pela mudança das distâncias focais. A presença da luz natural pode garantir uma sensação de bem-estar e um relacionamento com o ambiente maior no qual estamos inseridos (ABNT, 2005). Mas a previsão do andamento dos níveis de iluminação natural em espaços fechados tem sido, ao longo dos tempos, um problema de difícil resolução. Existem basicamente dois modos de realizar esta previsão: a utilização de modelos reduzidos e os métodos de cálculo, estes últimos podendo ser manuais ou computadorizados. A seguir descrevem-se os métodos existentes, as vantagens e desvantagens de cada um, abordando de forma mais detalhada os métodos computadorizados.

6.3 - Utilização de modelos reduzidos Modelos reduzidos (ou modelos em escala) são ferramentas de projeto que podem ser utilizados para avaliação de vários aspectos do projeto do edifício (forma, orientação, fachadas) e para o estudo da iluminação natural nos espaços internos, visto que considerações a respeito da iluminação de ambientes constituem a medida mais efetiva no controle das qualidades visuais destes ambientes. Ao contrário de outros modelos físicos - nos quais o comportamento do fenômeno físico (transmitância térmica, tensões estruturais, fluxo de ar etc) sofre distorções pelo efeito da escala - o modelo para iluminação não requer compensações em função da escala.

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Como o comprimento de onda da luz visível é extremamente reduzido em comparação ao tamanho dos modelos em escala, um modelo arquitetônico que represente com fidelidade um espaço real, exposto às mesmas condições de céu e mantendo a mesma geometria e as mesmas características das superfícies, apresenta um padrão de distribuição da iluminação interna idêntico. Portanto, como a luz não sofre distorções, as medições, neste caso, têm como objetivo avaliar as condições de iluminação do ambiente ainda em fase de projeto, através da execução de maquetes, permitindo a adoção de sistemas de aberturas mais eficientes e uma melhor orientação dos componentes construtivos (ABNT, 2005). Alguns autores (Hopkinson, 1966; Lam, 1986) propõem metodologias e “check-lists” para a construção de modelos reduzidos que serão utilizadas para a medição de luz natural. O método é acima de tudo familiar aos arquitetos, pois existe uma “tradição” no uso de modelos reduzidos por parte dos mesmos.

Modelo reduzido do projeto para o concurso do Museu de Ciência e

Tecnologia, Universidade de Brasília.

No entanto, o uso de modelos reduzidos para a medição e cálculo da iluminação natural requer uma infraestrutura e uma atenção aos detalhes bastante acurados, para garantir a precisão dos resultados. Na construção e preparação do modelo é necessário ter muita atenção à escala (que deve permitir a representação de todos os detalhes necessários) e à forma e ao coeficiente de reflexão de todas as superfícies (que reproduzam ao máximo a situação real). Ao se realizar as medições

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em modelos reduzidos, sob céu real ou artificial, as seguintes recomendações devem ser seguidas (ABNT, 2005):

a) construir modelos em escala não menor do que 1:40; b) garantir que todas as superfícies estejam presentes (modelos secionados não são adequados); c) adequar as refletividades das superfícies e representar o mais corretamente possível as refletividades das superfícies reais; d) evitar modelos mal executados onde possam ocorrer vazamentos de luz em suas juntas; e) garantir que as obstruções externas apresentem tamanhos e refletividades corretas; f) modelar adequadamente os detalhes das aberturas; e g) planejar com antecedência as posições das medições.

As medições podem ser desenvolvidas em condições simuladas (céu artificial) ou reais (sob condições de céu real). 6.3.1 - Utilização de modelos reduzidos sob céu artificial Grande parte dos estudos é feita com céu artificial, obtido através da utilização de espelhos e lâmpadas fluorescentes, simulando um céu completamente nublado. Estes céus proporcionam um ambiente facilmente controlável, estável e reproduzível, permitindo que várias alternativas de projeto sejam testadas exatamente sob as mesmas condições de céu. A maioria dos céus artificial simula condições de céu fixas (uniforme ou encoberto), com ou sem luz direta do sol. Existem dois tipos básicos de céus artificiais, descritos a seguir: o hemisférico (domo) e o retilíneo (caixa de espelhos). a) céu hemisférico (domo): o céu hemisférico pode simular a luminância do céu de duas formas:

- reflexão em superfície refletora da luz projetada por uma série

de lâmpadas posicionadas ao redor da base; - conjunto de lâmpadas espalhadas pela superfície do domo, com

intensidade controlada, permitindo a fácil incorporação da luz direta do sol pelo controle individualizado da intensidade das lâmpadas de acordo com a posição do sol.

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Céu artificial hemisférico (domo) em Lausanne, Suíça (Laboratório LESO – EPFL). Fonte: LESO

b) céu retilíneo (caixa de espelhos): a caixa de espelhos integra um forro plano luminoso com paredes espelhadas para criar um horizonte infinito por múltiplas reflexões; desta forma simula apenas a distribuição de céu encoberto.

Céu artificial retilíneo BRE- Reino Unido (Fonte: IEA, 1999) No entanto, apesar de sua utilidade no processo de medições com modelos, céus artificiais são normalmente de grandes dimensões, caros e exigem calibração e manutenção apropriadas.

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6.3.2 - Utilização de modelos reduzidos sob céu real É possível também utilizar os modelos reduzidos ao ar livre, sob condições naturais de luminosidade. As medições com céu real configuram-se em um procedimento mais fácil e barato. Quando as medições são feitas ao ar livre, deve-se preferencialmente fazê-las em condições de céu totalmente nublado ou de céu claro. Entretanto, a variabilidade das condições pode introduzir erros nos valores absolutos. Para se superar este problema costuma-se realizar medições relativas pela leitura da iluminação externa e produzir taxas percentuais que caracterizam o desempenho do sistema de iluminação natural (Fator de Luz Diurna ou Daylight Factor). Recomenda-se que todas as medições sejam feitas simultaneamente uma vez que medições com céu real caracterizam-se pela dificuldade de reprodução das condições experimentais (ABNT, 2005). A obtenção de dados quantitativos precisos de iluminação é um aspecto importante da modelagem física em escala, e pelo menos dois sensores são necessários (externo e interno), para produzir dados normalizados para serem usados em análises e comparações com diferentes condições de céu. Todos os detalhes necessários para a construção de modelos reduzidos, no entanto, além da necessidade de utilização do céu artificial para obter resultados mais precisos, fazem com que esta seja uma alternativa cara e pouco flexível, apesar da confiabilidade dos resultados. Por exemplo, para realizar uma análise paramétrica com diversas soluções de projeto, seria necessária a construção de muitos modelos reduzidos. Além disso, nem sempre o céu artificial representa as condições do local onde se deseja testar as soluções. Por estes motivos, este método nem sempre representa a melhor alternativa. 6.4 - Medições em ambientes reais No caso de se projetar em ambientes já existentes, pode-se optar por utilizar medições no local. As medições em ambientes reais (avaliação in loco), têm como objetivo avaliar as condições de iluminação natural do ambiente construído, em condições reais de ocupação e utilização.

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Medições externas e internas com luxímetro Neste caso, para uma avaliação mais precisa dos níveis de iluminação existentes, a norma ABNT NBR 15215 parte 4 (ABNT, 2005) recomenda que os seguintes procedimentos para as medições sejam observados:

a) considerar a quantidade de luz no ponto e no plano onde a tarefa for executada, seja horizontal, vertical ou em qualquer outro ângulo; b) manter o sensor paralelo à superfície a ser avaliada ou deixá-lo sobre a superfície cujos níveis de iluminação estão sendo medidos; c) atentar para o nivelamento da fotocélula quando ela não for mantida sobre a superfície de trabalho e sim na mão da pessoa que faz as medições, pois pequenas diferenças na posição podem acarretar grandes diferenças na medição; d) evitar sombras sobre a fotocélula, acarretada pela posição de pessoas em relação a ela, a não ser que seja necessário para a caracterização de um posto de trabalho; e) verificar, sempre que possível, o nível de iluminação em uma superfície de trabalho, com e sem as pessoas que utilizam estes ambientes em suas posições, desta forma, é possível verificar eventuais falhas de leiaute; f) expor a fotocélula à luz aproximadamente cinco minutos antes da primeira leitura, evitando-se sua exposição a fontes luminosas muito intensas, como por exemplo, raios solares; g) realizar as medições num plano horizontal a 75 cm do piso quando a altura da superfície de trabalho não é especificada ou conhecida.

Em virtude da variação freqüente das condições de céu ao longo do dia e do ano, para valores mais precisos de níveis de iluminação, deve-se verificá-lo em diferentes horas do dia (horário legal) e também em diferentes épocas do ano.

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Para levantamentos nos quais não seja possível um monitoramento da iluminação natural ao longo do ano recomenda-se verificar a iluminância nas condições de céu mais representativas do local nos seguintes períodos:

a) em um dia próximo ao solstício de verão (22 de dezembro); b) em um dia próximo ao solstício de inverno (22 de junho); c) de duas horas em duas horas a partir do início do expediente (horário legal).

A norma NBR 15215-4 (ABNT, 2005) recomenda ainda fazer medições em uma quantidade de pontos suficiente para caracterizar adequadamente o ambiente. 6.5 - Métodos de cálculo 6.5.1 - Metodologias gráficas, nomogramas, tabelas Para o cálculo da iluminância ou dos fatores de luz diurna em um ambiente fechado existem diversos métodos que calculam a componente direta ou difusa separadamente, ou fornecem simultaneamente seu efeito global (Palladino et al, 1999). Os métodos de utilização manual são basicamente metodologias gráficas, nomogramas, tabelas ou instrumentos especiais, como máscaras de pontos ou similares, que calculam o efeito luminoso das fontes de luz natural. A norma brasileira NBR 51215-3 – propõe um procedimento de cálculo para determinação da quantidade de luz natural incidente em um ponto interno num plano horizontal através de aberturas na edificação. No procedimento proposto, a iluminação produzida pelo céu, vista através de aberturas independe da distância da fonte (a abóbada celeste - o céu), sendo completamente definida pela direção e luminância de cada zona do céu e pelo ângulo sólido abrangido. O procedimento pode ser realizado para cálculo da iluminância em condição de céu encoberto (nublado) ou claro (ABNT, 2005). De forma geral, existem muitos métodos que calculam a iluminância produzida pelo céu, mas são poucos os que permitem o cálculo da iluminância produzida pelo sol no interior de um ambiente. Não existem métodos manuais que façam cálculos de iluminância em ambientes de geometria complexa.

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6.5.2 - Métodos Computadorizados, softwares de simulação

O desenvolvimento de softwares para o cálculo luminotécnico teve um grande impulso, originalmente devido às exigências qualitativas e quantitativas nos projetos de iluminação. Porem ainda são poucas as aplicações que trabalham especificamente com a luz natural ou que tratam o assunto de forma suficientemente precisa. 6.5.3 - Exemplos de softwares disponíveis relacionados com luz natural

Softwares de Bancos de dados de luz solar, de iluminação natural, de contribuição energética da luz natural, e simulação de sombras (em ordem alfabética):

• Analysis SolAr – LabEEE - UFSC O SOL-AR é um programa gráfico que permite a obtenção da carta solar da latitude especificada, auxiliando no projeto de proteções solares através da visualização gráfica dos ângulos de projeção desejados sobre transferidor de ângulos, que pode ser plotado para qualquer ângulo de orientação.

• Daysim -Institute for Research in Construction – Canadá DAYSIM é um software de analise de luz natural que calcula a disponibilidade annual de luz solar em edificios, e também compara a energia lumínica utilizada em controles automáticos de iluminação (sensors, foto células, etc) em relação a manuais.

• Declinação Magnética 2.0 – LabEEE – UFSC Calcula a declinação magnética e outros parâmetros correlatos, em território brasileiro.

• DeLight - Lawrence Berkeley N Laboratory California – UCLA - USA Software para cálculo de luz natural num edifício e, definindo o nível de iluminamento desejado, calcula a iluminação artificial complementar necessária.

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• DLN - Disponibilidade de Luz Natural – FAU – USP Ferramenta para a avaliação da disponibilidade de luz natural como recurso auxiliar no desenvolvimento de projetos de arquitetura.

• Genelux - Département Génie Civil et Bâtiment URA/CNRS/ França Calcula a luz natural, sua penetração e valores de iluminamento, para diferentes aberturas, texturas de superfícies, tipo de clima e época e hora do ano.

• Leso-Dial – Ecole Politechnique Federale Lausanne – EPFL – Suíça Permite calcular o fator de luz natural num plano de trabalho, estima a autonomia de luz natural (período em que a luz artificial pode estar desligada), optimiza o uso de luz natural (identifica pontos fracos do projeto) e permite comparação do projeto com dados reais de edifícios existentes armazenados num banco de dados próprio.

• Luz do Sol V 1.1 – É um software que estima o calor e a luz natural num ambiente definido.

• Meteonorm V 6.0 – Meteotest E um banco de dados de radiação solar mundial.

• SunPath – LabEEE – UFSCar É um software para visualização do movimento relativo entre o Sol e a Terra.

• SunPath – WideScreen Softwares Banco de dados normalmente usado em fotografia e filmação para predições de posição e radiação solar.

• Superlight - Lawrence Berkeley N Laboratory – LBL – UCLA – USA Orientado a predizer iluminâncias interiores em edifícios, provenientes de lkuz natural.

• Troplux – Universidade Federal de Alagoas – Brasil

Software de simulação do desempenho da iluminação natural, com características climáticas e arquitetônicas das regiões tropicais.

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7 - SOFTWARES DE SIMULAÇÃO LUMINOTÉCNICA 7.1 - Introdução Os softwares de projetação luminotécnica têm avançado significativamente nos últimos 20 anos, transformando-se em poderosas ferramentas de analise, validação e visualização de projetos de iluminação arquitetônica e viária. Se por um lado são uma ferramenta fundamental para o Lighting Designer, sobre todo com a atual valorização da iluminação natural e os conceitos de eficiência energética na edificação, por outro são imprescindíveis para uma eficiente comunicação com o cliente, sobre todo quando este tem uma postura ativa no processo projetual. Sempre levando em consideração que o software luminotécnico tem que ser fiel à precisão físico-fotométrica do cálculo, perante os softwares, com aparentemente o mesmo objetivo, porém que somente estão destinados à visualização artística. Nesse último grupo se encontram todos os softwares de animação gráfica computorizada e de visualização arquitetônica, que tem muitos elementos em comum com os softwares objeto de nosso estudo, como por exemplo o processo de rendering, porém fundamentados em dados não reais (físicos), como é sim em nosso caso. Até pouco tempo atrás as saídas do processo computacional eram fundamentalmente enormes grades matriciais numéricas, ou plantas e cortes de isometrias (isocandelas, isolux, isonits, etc), ou complicados índices e coeficientes, que tão somente experientes Lighting Designers podiam interpretar. No momento atual, prescindindo da experiência que possua ou não o profissional, as saídas cada vez mais visuais representam com muita clareza, através de imagens que competem em realismo visual com as fotografias de mais alta resolução, os elementos de analise que um Lighting Designer precisa para validar ou não seu projeto. E, ao mesmo tempo, transmitem ao cliente final a informação visual preditiva do seu anseio no bem em questão, para poder assim retificar ou ratificar a proposta do profissional empreitado. Desta forma os softwares de projeto luminotécnico assistido por computador (CALD) são poderosas e imprescindíveis ferramentas que quanto melhor alimentadas, dados de entrada confiáveis, mais precisos serão os dados de saída.

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7.2 - Dados de entrada Num projeto luminotécnico são vários os dados de entrada necessários, e podemos dividir eles em:

• objetivos do projeto ou do contratante, • tarefa visual e população alvo (observador), • geometria do espaço arquitetônico ou da cena (urbana, paisagística, teatral), • componentes, objetos e materiais contidos nesse espaço (objeto), e • dados fotométricos das fontes a serem consideradas.

Sendo que neste último grupo de dados de entrada são dois os mais significativos: o valor do fluxo Φ (lm), e a curva de distribuição de intensidades luminosas da fonte ou diagrama polar. Originalmente os softwares, denominados de softwares para cálculo de iluminação, estavam exclusivamente orientados a fontes de iluminação artificial (mormente elétrica), e assim esses dois dados mais significativos eram subministrados pela fotometria das fontes (lâmpada + luminária) através de ensaios laboratoriais realizados em goniofotômetros e em esferas integradoras de Ulbritch, como vimos na disciplina PL5 - Fotometria, porém com a incorporação da iluminação natural o tratamento das fontes de luz solar tem peculiaridades próprias. Em primeira instancia a luz solar não é constante, nem em qualquer lugar de nosso planeta, nem em qualquer época do ano, nem durante o percorrer do dia, e ainda se tem essencialmente duas componentes: uma direta (raios solares diretos) e uma indireta (reflexão na abobada celeste), influenciadas por sua vez por diferentes tipos de céu (claro, parcialmente nublado, nublado), e pelo recurso físico para luz natural que por ventura esteja sendo utilizado. Todas essas variáveis foram devidamente exauridas nas disciplinas PL2 – Sustentabilidade, PL 3 – Luz natural na arquitetura, e PL6 – Recursos físicos para a iluminação natural . Examinaremos agora como um software que tradicionalmente trabalhava com fontes de luz artificial, “vê” as fontes de luz natural.

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7.3 - Dados das fontes de luz natural Na última versão do PFF da IESNA, LM 63/2002, foi devidamente caracterizada a fonte de luz natural, como padrão para uso em softwares de simulação luminotécnica. Para tal analisa as similaridades que existem entre as fontes de luz natural e artificial, sendo elas:

• ambas radiam energia lumínica, • ambas tem características próprias e particulares do caso em questão, de

distribuição espacial das intensidades lumínicas, • ambas tem parâmetros definidos de afastamentos máximos toleráveis, para

manter uma iluminância uniforme e mínima, adequada à tarefa visual, • a luz solar se comporta como uma fonte móvel, de percurso previsível, em

função da data , do dia e do local. Esta característica não é totalmente aléia à iluminação artificial que, sendo em geral constante, tem casos como na iluminação cênica, em que pode existir mobilidade das fontes. Em função desta característica a distribuição das intensidades lumínicas é também variável, e função da variação da fonte,

Curvas de distribuição de intensidades em função da altura solar

• a luz solar é difusa pelas nuvens presentes, que por sua vez variam constantemente, e por tanto constituem numa outra fonte de variação temporal das curvas de distribuição de intensidades,

• o fluxo luminoso também não é constante no longo do dia, nem no longo do ano, nem no longo das localizações em que posamos estar,

• a distribuição das intensidades lumínicas é função do recurso físico para luz natural utilizado.

Em função das características acima se define que:

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• para caracterizar a distribuição fotométrica da luz natural, há que realizar simulações em função de diferentes posições do sol e de diferentes condições do céu,

• desde que o fluxo solar e do céu variam, há que normalizar as fotometrias da luz natural em função do fluxo, significando assim que a grandeza utilizada será a de intensidade sobre fluxo, e sua unidade a de candelas por lumens.

• se a geometria ou as propriedades fotométricas (fatores de reflexão, absorção e transmissão) do recurso físico de luz natural utilizado variam, a distribuição das intensidades lumínicas também varia, sendo isto particularmente importante quando o recurso é de tipo especular, ou si se lhe incorpora um elemento difusivo.

Neste contexto a tendência dos softwares de simulação mais importantes, que tem logicamente incorporado a luz natural e os recursos físicos existentes no mercado como sendo uma luminária a mais, é de simplificar a tarefa do Lighting Designer, e em lugar de ter que ser introduzidos manualmente os dados de altura e azimute solar em função da localização, data e hora do dia (utilizando bancos computacionais auxiliares ou cartas solares), calcula automaticamente tais ângulos e a iluminação externa disponível, e aplica esses valores aos recursos físicos previamente definidos. Uma vez provido dos dados de entrada acima definidos, e fundamentalmente aqueles relativos às fontes naturais e artificiais de iluminação, se submetem os mesmos a um processo de cálculo e simulação fundamentado nos conceitos e critérios que a seguir detalhamos 7.4 - Algoritmos de cálculo Podemos classificar os softwares luminotécnicos em básicos e complexos, segundo o método de cálculo utilizado e da forma com que são processados os dados de entrada. Existem uma infinidade de softwares básicos que utilizam métodos muito simples para realizar o cálculo, tipo método dos Lumes, e não aprofundaremos neles (existem basicamente 3 métodos de cálculo: lumens, cavidades zonais e ponto a ponto). Os softwares denominados complexos baseiam seu processo de cálculo essencialmente em dois algoritmos diferentes: Radiosity (radiant flux transfer) e Ray Tracing, que enunciamos quando conceituamos o modelo de Iluminação Global que é o que utilizam este tipo de softwares. Como mencionamos anteriormente os softwares de simulação luminotécnica complexos tem que ser fieis à precisão físico-fotométrica do cálculo , e para tal tem que analisar todos os fenômenos decorrentes das propriedades da luz quando de encontro com um objeto: essencialmente os fenômenos de reflexão e transmissão.

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7.4.1 - BRDF e BTDF Desta forma precisamos ter informação de como um corpo se comporta fisicamente na reflexão e na transmissão, assim definimos a BRDF – Bidirectional Reflectance Distribution Function como a relação entre a luminância emergente numa direção e sentido dados, e a iluminância que incide nesse corpo numa outra direção e sentido, sendo sua unidade a inversa do steroradian (st). Conceitualmente teremos infinitas medições de luminâncias emergentes para cada iluminância incidente, que por sua vez assume também infinitas possíveis direções de incidência. Cada medição por sua vez é função da longitude de onda da radiação Da mesma forma definimos para transmissão a BTDF - Bidirectional Transmitance Distribution Function, que tem o mesmo conceito porém na transmissão.

O instrumento de laboratório que permite construir as tabelas de BRDF e BTDF, é denominado Goniorefletómetro, inclusive também para medições de transmissão.

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7.4.2 - Radiosity e Ray Tracing Os programas foram enriquecidos com numerosas opções, como por exemplo a ligação aos mais modernos instrumentos de projeto assistido por computador (CAD) e a bibliotecas de materiais e componentes. Segundo Christakou (2005) nos softwares de simulação, “os modelos matemáticos utilizados na Computação Gráfica para gerar imagens sintéticas a partir de modelos 3D com a intenção de predição da luz, baseiam-se nos modelos de Iluminação Local ou de Iluminação Global”. Os algoritmos de Iluminação Local descrevem como as superfícies refletem ou transmitem a luz considerando apenas os raios que incidem diretamente sobre cada ponto desta, não considerando a inter-reflexão da luz entre as superfícies. Os algoritmos de Iluminação Global são basicamente os que levam em consideração os caminhos nos quais a luz é transferida entre as superfícies de um modelo, ou seja, busca avaliar todas as contribuições das fontes diretas e indiretas no transporte da luz (“...são ditos fisicamente fundamentados, pois utilizam a iluminação global para descrever a interação da luz na cena e simular seus efeitos sobre as superfícies dos objetos.” Christakou, 2005) Entre os modelos de Iluminação Global fisicamente fundamentados, existem basicamente duas vertentes. Os métodos baseados na cena e que são independentes do ponto de vista do observador– ou simplesmente “scene based” como o Radiosity. E os métodos baseados na imagem e que são dependentes do ponto de vista do observador – “image based” como o Ray Tracing. Ambos são capazes de produzir resultados numéricos além de imagens de alta qualidade, ou seja, avaliações quantitativas e qualitativas da iluminação. Palladino et al apud Lancelle (2001) descrevem ambos os algoritmos:

- no Ray Tracing, a definição de um ambiente e das perspectivas tridimensionais, que são obtidas modificando a posição do observador, ocorre seguindo os infinitos raios emitidos por uma fonte luminosa. Seguem-se as interações destes raios com as entidades geométricas que compõem a cena, e calculando a intensidade com a qual atingem o observador.

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Na realidade, no entanto, opera-se o processo inverso (backward Ray Tracing ou Ray Tracing inverso3): segue-se o comportamento do raio que sai do observador e que passa por cada “pixel” da tela, dentro da cena tridimensional, até que este atinja uma fonte luminosa ou saia do volume da perspectiva. Assim o método de Ray Tracing faz um traçado dos raios da fonte ao observador (fordward Ray Tracing), ou do observador à fonte (backward Ray Tracing)

Trajetórias de um fordward Ray Tracing

Em cada incidência haverá parte da energia absorvida pelos objetos existentes nas trajetórias. Como o Radiósity provê também todas as informações que necessitamos para calcular ponto a ponto os valores das iluminâncias e das luminâncias, para assim preparar os dados de saída (curvas de isolux, índices de modelagem e coeficientes de ofuscamento), e de gerar imagens foto-realistas em base a uma renderização físico-realista.

Geralmente é mais lento que o Radiósity sobre todo em geometrias complexas com muita quantidade de luminárias, no entanto é capaz de gerar imagens mais realistas, significando uma vantagem para a visualização arquitetônica e para realizar estúdios de análise de ofuscamento.

3 Isto é possível graças ao princípio da conservação de energia e ao limitado número de unidades elementares que constituem a malha de representação de um monitor gráfico (normalmente 1024 x 768 pixel).

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A precisão de uma imagem de Ray Tracing, e a predição fotométrica dependem do número de raios que tenham sido traçados. Assim como o Radiosity a convergência é função dos passos de cálculo já realizados, e a quantidade máxima de passos proporcional à quantidade de trajetos unitários que cada Raio define. Cada método tem suas vantagens e desvantagens, e em função do tipo de requerimento usaremos um ou outro.

Radiósity Radiósity + Ray Tracing Ray Tracing

Desta forma podemos identificar como pontos fortes do Ray Tracing a:

• quando de um ponto de vista não se atinge uma fonte, se define um ponto de sombra,

• com iluminação spot, as sombras são desenhadas, • a reflexão e refração especular são facilmente calculadas desde

que a própria direção de iluminação seja avaliada, E seus pontos fracos:

• a informação da iluminação indireta é muito cara de avaliar, • fontes lumínicas importantes podem ser esquecidas se não são

luminárias per se; • iluminação por múltiplas reflexões difusas é extremamente cara, • sempre que o ponto de vista ou sua direção são mudados, todo o

caro processo deve ser repetido. Do ponto de vista estritamente geométrico, esta técnica não apresenta inconvenientes, o Ray-tracing permite “resolver” as partes escondidas de uma cena, modelar com precisão as sombras, as reflexões entre objetos diversos e os fenômenos de refração.

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Em geral, porém, o processo é muito oneroso em termos de tempos e recursos de cálculo, motivo pelo qual aceita-se um certo grau de aproximação, limitando o número de interações. Apesar da rigorosidade formal, além disso, as técnicas de Ray Tracing têm algumas limitações graves: não é possível considerar de forma adequada a contribuição da radiação difusa, que por sua vez influencia de forma determinante a distribuição espectral da radiação luminosa; a falta de uma simulação global da componente difusa, por sua vez, não permite que se trate de forma adequada o fenômeno das sombras projetadas, que se apresentam com bordas muito definidas, totalmente inaturais.

Além disso, o Ray Tracing tem a desvantagem de, no estudo da iluminação global, depender sempre de um ponto de observação, o que faz que para cada nova visualização seja necessária uma nova determinação dos percursos dos raios luminosos.

Estes problemas identificados com o algoritmo do Ray Tracing, não aparecem no outro modelo de simulação global, que toma como base a irradiância das várias superfícies que constituem a geometria objeto da simulação, e que se denomina Radiosity.

- O método Radiosity baseia-se em analogias com a transferência do calor por irradiação. Trabalha em base à radiosidade das superfícies e a inter-reflexão difusa entre elas.

Consiste em dividir todas as superfícies do ambiente numa grade de pequenas superfícies, que quando incide uma radiação nelas parte será absorvida e parte refletida. Por sua vez a parte refletida incidira em outras superfícies menores, e assim por diante até que toda a energia seja absorvida.

Ambiente subdividido em pequenas superfícies

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Provê todas as informações que necessitamos para calcular ponto a ponto os valores das iluminâncias e das luminâncias, para assim preparar os dados de saída (curvas de isolux, índices de modelagem e coeficientes ofuscamento), e de gerar imagens foto-realistas em base a uma renderização físico-realista. A vantagem deste método radica em que uma vez que o cálculo seja realizado sabemos a luminância em cada superficie pequena, e ainda que desejemos mudar o ponto de vista, nenhum cálculo adicional é necessário realizar, ou seja é independente do ponto de vista. Dessa forma em qualquer momento após o cálculo posso interativamente realizar um roteiro pelo ambiente em tempo real.

Teoricamente seria viável modelar qualquer tipo de superfícies, porém na prática está limitado a superfícies com reflexão e transmissão ideal difusa, onde a luminância da superfície não cambia com o angulo de visão (ponto de vista). Muitas superfícies reais se comportam na reflexão e/ou transmissão como ideal difusas, no entanto temos também superfícies especulares e semi-especulares que na maioria das vezes não é significativo a sua condição de superficie não difusa. Se necessário poderá ser executado um segundo passo posterior em Ray Tracing para agregar as reflexões reais essencialmente especulares. Neste método e até que seja totalmente absorvida a energia nas sucessivas incidências, podemos visualizar situações intermediárias onde ainda tal processo não se tem completado, definindo-se assim percentagens crescentes de convergência. Podemos definir como nível satisfatório de visualização aquele em que 75 a 80 por cento da luz já tem sido absorvida, e que corresponde a uma convergência de 0,25 a 0,20, no entanto aos fins de exatidão fotométrica devemos chegar a uma convergência de apenas 0,05.

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A seguir visualizamos uma simulação com diferentes níveis de convergência.

50 passos, convergência 0,50 230 passos, convergência 0,25 2220 passos, convergência 0,01

O tempo necessário para uma convergência de valor 0,00 será proporcional ao quadrado da quantidade de pequenas superfícies em que dividimos o ambiente.

Os valores da irradiância das superfícies dos objetos que fazem parte da cena são calculados no espaço virtual inteiro, de forma independente do ponto de vista, exigindo assim grande capacidade de cálculo e recursos de hardware. O procedimento mais oneroso, sem dúvida, é a determinação dos fatores de forma – basicamente as relações geométricas entre as várias superfícies- o que ocorre utilizando algoritmos diversos, geralmente baseados em simulações com elementos finitos.

A resolução matricial das equações de balanço energético de cada uma das auréolas que compõem o modelo geométrico fornece os valores da irradiância das várias superfícies, e permite, conhecendo-se os coeficientes de reflexão, calcular as iluminâncias, luminâncias e ofuscamento.

Devido à sua limitação em calcular somente os efeitos de reflexão difusa, o método Radiosity é normalmente usado juntamente com técnicas de Ray Tracing, que por sua vez modelam perfeitamente os efeitos da reflexão especular.

Pontos fortes do Radiósity: • cálculo eficiente da iluminação indireta, particularmente quando é

produzido por reflexão difusa múltipla, • domínio de sombras esfumaçadas e color-bleding (influencia

cruzada de cores), • cada superficie radiante é considerada como fonte primária, e

cada quadrado é avaliado pela energia que ele radia, não pelas suas características especulares ou difusas,

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• independente do ponto de vista, mudando o ponto de vista não se torna indispensável o re-processamento,

Pontos fracos:

• detalhes de freqüências altas são perdidos • a resolução da grade determina a precisão da iluminação

incidente e da luz propagada.

Imagens simuladas respectivamente com técnicas de Radiosity e Ray Tracing (notar a perfeição da modelagem dos efeitos especulares no Ray tracing)

A tabela comparativa seguinte (Christakou, 2005) elenca algumas das vantagens e desvantagens dos dois algoritmos: Ray Tracing e Radiósity.

Não leva em conta as reflexões especulares nem os efeitos de transparências

Resultados visuais imediatos os quais progressivamente são implementados em qualidade e precisão

O algoritmo de amostragem de superfícies é mais suscetível para exibir artefatos na imagem do que o Ray tracing

Independente do ponto de vista do observador pode exibir rapidamente diversas vistas

As malhas 3D exigem mais memória do que as superfícies originais

Calcula as intereflexões difusas entre as superfícies

ALGORITMO RADIOSITY

Não leva em conta as intereflexões difusas

Dependente do ponto de vista do observador, o processo precisa ser repetido a cada nova vista.

Gerencia a memória de forma eficiente

Custo operacional alto; o tempo necessário para produzir uma imagem é afetado significativamente pelo numero de fontes de luz

Renderiza precisamente iluminação direta, sombras, reflexões especulares e efeitos de transparência.

DesvantagensVantagens

ALGORITMO RAY-TRACING

Não leva em conta as reflexões especulares nem os efeitos de transparências

Resultados visuais imediatos os quais progressivamente são implementados em qualidade e precisão

O algoritmo de amostragem de superfícies é mais suscetível para exibir artefatos na imagem do que o Ray tracing

Independente do ponto de vista do observador pode exibir rapidamente diversas vistas

As malhas 3D exigem mais memória do que as superfícies originais

Calcula as intereflexões difusas entre as superfícies

ALGORITMO RADIOSITY

Não leva em conta as intereflexões difusas

Dependente do ponto de vista do observador, o processo precisa ser repetido a cada nova vista.

Gerencia a memória de forma eficiente

Custo operacional alto; o tempo necessário para produzir uma imagem é afetado significativamente pelo numero de fontes de luz

Renderiza precisamente iluminação direta, sombras, reflexões especulares e efeitos de transparência.

DesvantagensVantagens

ALGORITMO RAY-TRACING

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Os programas mais avançados de simulação utilizam os chamados: Ray Tracing avançado, e os algoritmos híbridos ou multipasso , sendo estes últimos uma combinação de Ray Tracing e Radiósity, realizando o cálculo do rendering através do método de integração de Monte Carlo. Assim objetivando resolver as limitações acima mencionadas estão se utilizando uma série de combinações de ambos os métodos, denominadas de algoritmos híbridos ou métodos multipasso. 7.4.3 - Rendering Quando o resultado do calculo está orientado â visualização da imagem resultante da simulação, se denomina Rendering (rebocado). Existem fundamentalmente dois tipos de rendering de qualidade, aquele utilizado para visualização arquitetônica ou para animação gráfica, denominado Photo Realistic Image Rendering, e, em nosso caso, aquele destinado a simulação luminotécnica denominado Physically Realistic Image Rendering ou Physically Based Rendering. O Physically Based Rendering está fundamentado em 3 elementos básicos: transporte da luz, reflexão da luz, e visualização, caracterizando-se todas suas funções no diagrama a seguir:

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7.5 - Dados de saída Através dos processos de cálculo e simulação obtemos uma série de dados de saída que objetivam fundamentalmente avaliar quantitativa, qualitativa, e distributivamente as condições do projeto. Desta forma a tarefa de avaliação do sistema de iluminação projetado é integral e simultâneo, não interessando, em primeira instancia no resultado final, o nível de aporte da iluminação natural, dos recursos físicos utilizados, dos fotocontroles introduzidos, ou da iluminação artificial complementarmente adicionada. Naturalmente que, uma vez satisfeitos estes aspectos puramente quantitativos e distributivos da iluminação, deverão ser considerados os aspectos qualitativos da radiação, e avaliativos da energia demandada, que sim exigem o reconhecimento do recurso utilizado. A avaliação quantitativa é realizada normalmente através de dados numéricos de iluminâncias ou luminâncias, normalmente dispostos ou bem em tabelas de difícil interpretação, ou bem, para facilitar a sua leitura e interpretação, em grades localizadas em planos reais ou virtuais (retangulares, poligonais, lineares, com máscaras de edição, etc) estrategicamente definidos no ambiente e relativos ao tipo de tarefa visual objeto do projeto.

Dados numéricos em lux, numa grade definida num plano vertical (parede)

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Outra forma de apresentar os dados necessários a uma avaliação quantitativa é através de curvas isométricas, que si se tratar de intensidades lumínicas poderão ser de isocandelas, si se tratar de iluminâncias poderão ser de isolux, e si se tratar de luminâncias poderão estar expressas em isonits.

Dados numéricos, em lux, dispostos numa grade vertical e em curvas de isolux

Curvas isolux e relevo topográfico em lux

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Existem adicionalmente um número bastante significativo de índices, coeficientes e fatores, também dados de saída, que podem nos auxiliar nas avaliações quantitativas,qualitativas, e ainda distributivas. Não todos os softwares possuem todos eles, o mais normal é que apresentem apenas dois ou três, porém não existe consenso e a variedade de combinações é muito grande. Por isso se recomenda familiarizar-se com aqueles que o software utilizado possui. Enumeraremos a seguir alguns dos mais importantes:

• Índices de modelagem: vertical/horizontal, vetorial/esférica, cilíndrica/horizontal e vertical/semicilíndrica

• Equivalent Sphere Illumination – ESI • Relative Visual Performance – RVP

• Visual Comfort Probability – VCP

• Unified Glare Rating – UGR

• Small Target Visibility – STV

• Average Luminaire Luminance – ALL

• Light Loss Factors – LLF

• Daylight Factor – DLF

• Color Rendering Index – CRI

• Índice de Reprodução de Cores – IRC

• Temperatura Correlata de Cor- TCC Podem ser apresentados estes valores sobre imagens foto-realistas do ambiente, como a seguir se apresenta em relação a valores de VCP num ambiente:

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Valores de VCP

Em relação à identificação de probabilidades de ofuscamento existem as curvas parametrizadas de Luminâncias, que foram longamente utilizadas sobretudo em paises europeus. A analise qualitativa envolve os conceitos de desempenho visual, de conforto visual, e de avaliação estética do projeto, desta forma a ferramenta mais poderosa para realizar essa tarefa é a de visualização computacional, que pode ser exibida diretamente na tela do computador, impressa, ou gravada para posterior exibição ou projeção. Existem essencialmente dois tipos de visualização, a relativa a imagens estáticas e a relativa a imagens dinâmicas, sendo estas últimas o ponto forte da Radiósity já que é praticamente impossível de serem obtidas com Ray Tracing. Dentre as estáticas podemos citar as de líneas de contorno (contour lines, contour plots, colour lines ou superimposed plots), a seguir um exemplo delas:

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Líneas de contorno em isolux

Superimposed Plots em fisheye, para analise de ofuscamento.

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Existem ainda as imagens com tons de cinzas ou com cores falsas (false colours) para maior visualização de algumas variáveis, normalmente se apresentam em formato olho de peixe (fisheye):

Cores falsas em luminâncias com olho de peixe

A mesma imagem com cores reais e falsas, para luminâncias

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Clássico fisheye em false colours para luminâncias

Finalmente temos vários tipos de imagens dinâmicas como o lighting animation, alterando dinamicamente alguns parâmetros do projeto, e as de câmera animation que fundamentalmente são duas: o walk trough, onde previamente se define um roteiro que é posteriormente percorrido dinamicamente, e o dynamic rotation, onde se anima uma câmara virtual que realizará uma rotação de 360º visualizando assim todas as direções possíveis enxergáveis desde um ponto.

Nas imagens dinâmicas se usam também bastantes os filmes digitais, como definidos pela Apple sob o nome genérico de QTVR – Quick Time Virtual Reality, e que podem ser divididos em três grupos: filmes panorâmicos, filmes de objetos e cenas.

7.6 - Técnicas de apresentação de projetos

De todo o elenco de dados de saída apenas uma pequena parte é de utilidade quando da apresentação do projeto ao cliente.

Classificamos eles segundo a técnica apresentada em:

• Impressão Gráfica – É a forma mais convencional e tradicional de apresentação de projetos, e que, através de alguns tipos de tratamento da imagem, podemos transformar em um recurso de alto valor comunicativo.

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Em base aos renderings foto e físico-realistas, de saída dos softwares luminotécnicos utilizados, pode-se realizar : foto montagens (Photoshop, Photo Editor, Photo-Paint, etc), imagens de 360º (STOIK PanoramaMaker, Panorado, etc), plantas, cortes e perspectivas (viewpoints) fornecidas pelo próprio software de iluminação utilizado onde podemos incluir , além da decoração e da localização de instalação das luminárias e recursos para luz natural incluídos no projeto (através de símbolos do próprio software ou livremente definidos pelo usuário), curvas isométricas (normalmente em lux) e visualizações estáticas como as de contour lines, fisheye, false colour e de probabilidades de ofuscamento.

Isto pode ser realizado nas diferentes fases de estudo, anteprojeto, projeto definitivo e projeto executivo, com formatação para qualquer finalidade (jato de tinta, laser, off-set, plotter, impressão digital, painéis de grande formato, gigantografia, etc).

• Catálogos eletrônicos – Esse mesmo material pode ser compilado junto

com animações digitais, e disponibilizados em CD, DVD ou na WEB, em formatos .jpg, .bmp, .pdf, .ppt, .swf, HTML, etc.

A apresentação é feita através de páginas, ou telas, normalmente vinculadas entre si através de um roteiro fixo ou dinâmico, onde podem ser inseridos, além de maquetes 2D ou 3D fixas e textos, animações, sons e efeitos de edição.

• Animações – Existem muitas formas de dinamizar os renders obtidos na

simulação, dentre os principais podemos mencionar:

• visão panorâmica dinâmica (Dynamic Rotation, PanView, ou panning and zooming) - consiste no tratamento de uma imagem de 360º, em .jpg, .swf, etc, que através de um software “stand alone” ou “componente” (Pan Viewer, Accurender, etc), se obtém uma animação onde a câmara virtual fixa observa qualquer parte do ambiente girando 360º com auxilia do mouse,

• passeios virtuais (walk through) – neste caso ou bem se

predetermina antes o caminho escolhido na locomoção da câmera e se grava a animação, para após a incluir num catálogo eletrônico ou apresentar em multimídia, ou bem se realiza uma navegação interativa em tempo real, quando da apresentação em multimídia.

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• Multimídia - Partindo da compilação de todo o material resultante da simulação, fundamentalmente renderings foto e físico-realistas em 2D ou 3D, se gera em CD ou DVD apresentações multimídia com navegação interativa, para ser exibidas em Laptops ou Data Shows.

Ainda, e sem a preparação prévia mencionada, pode se efetuar a apresentação diretamente do software de simulação luminotécnica utilizado, ou de algum outro software complementar que tenha sido utilizado para tratar as imagens.

Desta forma o trabalho de apresentação do projeto Luminotécnico tem uma realidade virtual de grande didatismo quanto à explanação e compreensão perante o cliente ou promitente cliente. 7.7 - Características dos softwares de simulação luminotécnica Para poder realizar uma correta escolha do software de simulação luminotécnica a ser utilizado temos que previamente saber quais são suas características determinantes de tal escolha.

• Objetivos – Os objetivos deste tipo de software são fundamentalmente:

• produzir predições precisas de valores de iluminâncias e luminâncias de ambientes interiores e exteriores, através de eficientes algoritmos de cálculo (Radiósity, Ray Tracing, Híbridos).

• produzir renderings foto e físico-realistas do ambiente iluminado.

“foto-realismo não é a missão mais importante, foto-precisão é...”

Greg Ward (Gregory Ward Larson, criador do Radiance)

• fornecer dados quantitativos, qualitativos e distributivos da iluminação. • permitir através de simulações avaliativas e iterativas a validação

luminotécnica do projeto.

• disponibilizar ferramentas de visualização realista, com saídas estáticas e dinâmicas do projeto.

• Princípios básicos – São três os princípios básicos em que deve estar

fundamentado um software adequado para simulações luminotécnicas, e os três tem igual importância:

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• precisão física (accurate), • de fácil uso e aprendizado (practical and user friendly), • abrangente, aplicável a geometrias e iluminações complexas (general).

• Características imprescindíveis – Em base a os princípios básicos

enunciados, definimos as seguintes características imprescindíveis:

• dispor de interfaces com o usuário inteligentes e auto-explicativas (active desk top, short cuts, wizards, etc),

• dispor de material de aprendizado claro e de fácil uso (manuais,

tutoriais, helps on-line, etc) • suportar geometrias complexas e formas não convencionais, • permitir a criação de geometrias com CAD próprio (built-in CAD), e/ou

bibliotecas de padrões,

• suporte a arquivos CAD, sem lhes modificar (.dwg, .dwf, .dxf), mantendo assim a integridade da informação,

• permitir a importação e exportação de arquivos CAD, 2D e 3D, ou seja

a portabilidade desses arquivos, (OpenGL, API),

• permitir a especificação dos ambientes, com materiais, texturas e objetos, de bibliotecas próprias, importadas ou definidas pelo usuário,

• possuir bibliotecas de materiais (BRDF e BTDF), e de objetos,

abrangentes,

• suporte de várias refletâncias e transmitâncias (algoritmo híbrido),

• trabalhar com luz natural e artificial simultaneamente,

• permitir a introdução das variáveis relativas à luz natural, ou possuir biblioteca e cálculo próprio das mesmas,

• permitir a especificação de lâmpadas, luminárias e recursos físicos para luz natural de bibliotecas, ou definidas pelo usuário,

• possuir bibliotecas de lâmpadas, luminárias e recursos físicos para luz

natural, abrangentes,

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• suportar o uso de símbolos oriundos das bibliotecas de lâmpadas, luminárias e recursos físicos para luz natural, ou especificados pelo usuário,

• ter facilidade de localização e orientação das luminárias (drag & drop), • suportar os principais standards de PFF, IESNA LM 63, CIE 102,

EULUMDAT, CEN EN 13032-1, e CIBSE TM 14, e permitir sua geração e/ou alteração no próprio software,

• permitir a modificação on-line das características de cor dos objetos

(color bleeding) e de cor das fontes (filtro de cor (gel), e temperatura de cor das lâmpadas),

• dispor de um bom gerenciador de relatórios ,

• dispor das mais significativas saídas enunciadas no item 7.5 , acima.

Desta forma podemos sintetizar agora as seguintes:

• Variáveis de escolha – A seguir se numera um check-list de variáveis, para definir a importância do(s) projeto(s) perante cada uma delas

• facilidades de uso, aprendizado e integração, • simplicidade ou complexidade da geometria, • simplicidade ou complexidade das iluminações , • precisão de cálculo vs qualidade dos dados de entrada,

• velocidade de processamento,

• imagens foto e físico-realistas,

• Imagens estáticas e dinâmicas.

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7.8 - Produtos existentes 7.8.1 - Tipologia Existem mais de 100 produtos:

• comerciais ou gratuitos, • abertos ou proprietários, • desenvolvidos por software houses, consórcios de fábricas, fábricas

isoladas, comunidades, órgãos, universidades, institutos de pesquisa, laboratórios, etc,

• de muito simples a extremamente complexos,

• para simulação luminotécnica na arquitetura e viária, simulação de

luminárias e partes delas, simulação e controle de espetáculos, etc

• para luz natural ou luz artificial exclusivamente, ou para ambas concomitantemente,

• utilitários, conversores, tradutores, bancos de dados, bibliotecas, plug-ins,

etc,

• num único pacote integrado ou em vários módulos. Anexamos uma tabela com aqueles conhecidos, que se encontram numa das categorias acima citadas. 7.8.2 - Produtos mais significativos no momento Do universo acima citado escolhemos apenas 7 que entendemos ser os mais significativos no momento atual em Brasil.

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• LUMEN MICRO V 2000 / LUMEN DESIGN V 2006 www.lighting-technologies.com

• é o mais antigo, suas primeiras versões são de 1983, e por tanto mais vendido em EUA,

• desenvolvido pela Lighting Tecnologies, Inc, Boulder, Colorado, EUA, • originalmente em base a algoritmo Radiosity, • incorporou a maquina de cálculo e simulação do LIGHTSCAPE 3.2, com passo

pós de Ray Tracing, • tem um bom CAD 3D “built in”, que era seu ponto mais fraco, denominado-se

agora LUMEN DESIGN, • suporta extensões dwg/dxf, • simulações externas e internas, • processa luz natural e calcula ângulos solares com mapa cartográfico, • para o sistema operacional Windows, • suporta PFF´s, IES/EULUMDAT/CIE/CIBSE/LTL-I, • possui boas bibliotecas, • tem um módulo para iluminação de rodovias, • é preciso, rápido, amigável, e fornece bons renders, • calcula vários índices, tem bons outputs, LAN, HTML, • ambos U$S 600,00, mais o módulo de rendering U$S 300,00.

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• AGI 32 2006 www.agi32.com

• desenvolvido pela Lighting Analysts Inc, LAI, Littleton, Colorado, EUA, • originalmente em base a algoritmo Radiosity, incorporou Ray Tracing, • tem um bom CAD 3D “built in, • suporta extensões dwg/dxf, • simulações externas e internas, • processa luz natural, • para o sistema operacional Windows, • suporta PFF´s, IES, • possui boas bibliotecas, • é preciso, rápido, amigável, e fornece bons renders, • calcula vários índices (UGR, DLF), tem bons outputs, LAN, VRML, • U$S 900,00.

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• DIALUX 4.3 www.dialux.com

• desenvolvido pela Faberhult, Suécia, por solicitação de um consorcio de fábricas mormente da Alemanha, incluindo Philips, Osram e Silvania,

• originalmente em base a algoritmo Radiosity, incorporou Ray Tracing, • tem um bom CAD 3D “built in, • suporta extensão dwg/dxf, • simulações externas e internas, • processa luz natural, • para o sistema operacional Windows, • suporta PFF´s, IES/EULUMDAT/CIE/CIBSE/LTL-I, • possui boas bibliotecas, • é preciso, rápido, amigável, renders bastantes restritos porém fácil de

visualizar diferentes cenas, • calcula vários índices, tem bons outputs, é de fácil ferramentas de análise, • LIVRE.

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• RADIANCE Synthetic Imaging System - SIS radsite.lbl.gov/radiance/HOME.html

• desenvolvido por Gregory Ward Larson, do Lawrence Berkeley National Lab., UCLA, California, EUA, sob a International Energy Agency, IEA, EUA,

• primeiro Ray Tracing, • CAD 3D com AutoCAD, • suporta extensão dwg/dxf, • simulações internas, • processa luz natural, • para o sistema operacional Unix, Desktop RADIANCE para Windows, • suporta PFF´s, IES, • possui boas bibliotecas, • é o mais preciso e rápido, porém o mais difícil de usar, excelentes renders, • calcula vários índices, tem bons outputs, • LIVRE.

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• O Radiance, que faz parte de um pacote desenvolvido pelo pela IEA - International Energy Agency, USA, é um instrumento integrado para o cálculo dos efeitos da luz e do desempenho do sistema de iluminação interna; capaz de resolver tanto os problemas com relação à luz natural quanto os da luz artificial, representando os efeitos sob condições de iluminação produzidas por estas fontes em ambientes confinados com geometrias complexas (Ward et al, 1996).

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• Requer bastante tempo para o aprendizado, e um alto nível de interação com o computador. Além disso, exige que a modelagem em 3D do ambiente a ser simulado siga certas particularidades e exigências. É absolutamente pouco amigável do usuário porém de uns resultados de rendering extraordinários.

• O RADIANCE, primeiro, mais completo, e acurado, que utiliza o algoritmo de cálculo Ray Tracing avançado, criado por Gregory Ward Larson no início da década de 90, está composto por mais de 50 módulos externos. Pode-se afirmar que este é o mais conhecido dos softwares de simulação de luz natural atualmente, validado por inúmeros trabalhos científicos.

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• Este software deu origem a vários outros, com interfaces mais "amigáveis" (Desktop RADIANCE, RAYFRONT, RELUX, etc).

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• Uma versão simplificada do RADIANCE SIS do LBNL, é o Desktop RADIANCE, que é um aplicativo do AutoCAD, funcionando como interface gráfica do RADIANCE na plataforma Windows, e usando também o AutoCAD como modelador. Utiliza métodos avançados de Ray Tracing reverso com técnicas de integração de Monte Carlo e enfoque híbrido estocástico/determinístico. Ainda sendo mais “amigável” que o RADIANCE, é bastante difícil sua utilização. È um software livre, de domínio público.

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• RAYFRONT 1.04 www.schorsch.com

• desenvolvido por Georg Mischler da Architectural Lighting Design Software - ALware, é uma plataforma integrativa com RADIANCE e CAD próprio,

• Ray Tracing do RADIANCE, • CAD 3D próprio, 3DSolar, ou com AutoCAD ou IntelliCAD, • suporta extensão dwg/dxf, • simulações internas e externas, • processa luz natural, • para o sistema operacional Unix ou Windows, • suporta PFF´s, IES/EULUMDAT/CIBSE, • possui boas bibliotecas, RAYDIRECT de recursos de luz natural, • muito preciso e rápido, bastante mais amigável que o RADIANCE, excelentes

renders, • tem bons outputs, • U$S 900,00, • RAYDIRECT U$S 1550,00, • 3DSolar U$S 3250,00 • RAYFRONT – 3DSolar U$S 3800,00.

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• RELUX 2004 PRO + VISION www.relux.biz

• desenvolvido pela Relux Informatik AG, • Radiosity puro ou com o motor do RADIANCE através do VISION, • CAD 3D próprio RELUX PRO, • suporta extensão dxf, vrml, 3ds, • simulações internas e externas, • processa luz natural, • para o sistema operacional Windows, • suporta PFF´s, IES/EULUMDAT, LumEdit cria EULUMDAT, LumTopic converte

EULUMDAT em BMP, JPG, TIFF, EMF, ou EPS, • possui boas bibliotecas, • muito preciso e rápido, bastante mais amigável que o RADIANCE, excelentes

renders, • calcula UGR, tem bons outputs, • LIVRE,

• VISION 1.0 405,00,

• Relux CAD 1.0 380,00,

• LumEdit 260,00

• LumTopic 2400,00.

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Finalmente ainda que esteja descontinuado mencionaremos ao LIGHSCAPE, de propriedade atual da Autodesk (Lightscape 3.2, 1999), que ainda que não mais atualizado continua sendo um excelente software. Pelas suas características de qualidade continua tendo uma grande quantidade de usuários no mundo. O software calcula a propagação da luz natural e artificial em ambientes de qualquer geometria. Em base a Radiósity utiliza também o algoritmo de Ray Tracing, somente para refinar as técnicas de rendering final, não tendo este nenhuma influência nos resultados numéricos da simulação. Podemos citar como vantagens o fato de rodar em Windows, alto realismo das imagens produzidas e a possibilidade de interação (os cálculos podem ser interrompidos a qualquer momento, modificar-se os parâmetros e continuar).

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7.9 - Avaliação de softwares 7.9.1 - Pesquisa e estudos comparativos de softwares de luz natural

Diversas pesquisas têm estudado softwares de simulação da iluminação natural, tendo como objetivo a validação dos mesmos, que é o primeiro procedimento para se garantir a precisão dos resultados. Fontonoyont et al (1999) estabeleceram alguns critérios para a validação de softwares de iluminação natural, comparando medições realizadas em modelos em escala em céu artificial com as simulações dos softwares. Os softwares validados são Radiance, Superlite, Genelux, Adeline e LESO-Dial, que simulam o processo de penetração da luz natural em ambientes para uma dada distribuição de luminância externa. Não realizam simulações de longo prazo das flutuações de luz natural, mas podem ser considerados como instrumentos óticos resolvendo o problema de propagação dado pela associação de luz do céu, obstruções e piso externo, envidraçados, elementos arquitetônicos e acabamentos das superfícies. Os resultados mostram que o cálculo de iluminâncias causadas por luz natural dentro de edifícios requer uma descrição cuidadosa das luminâncias da seção de céu vista pela abertura envidraçada; as iluminâncias diretas dentro do ambiente podem ser computadas com uma precisão de 5%, e a precisão dos cálculos das múltiplas reflexões depende do que se assume com relação às características óticas das superfícies. Quando superfícies difusoras são usadas nos modelos em escala, a comparação com as simulações não resultou em erros grandes, nos pontos próximos às janelas. Já nos pontos mais afastados, este erro foi maior, devido ao fato de que a maioria das superfícies difusoras tende a subestimar as iluminâncias comparado à realidade4. Finalmente, concluem que os programas devem ser usados com muita cautela, pois os cálculos de iluminação são muito sensíveis à qualidade do arquivo de input (entrada): descrição da fonte de luz, fotometria dos materiais, geometria do edifício e parâmetros de simulação. Outros trabalhos têm procurado avaliar e comparar diversos softwares de iluminação natural, inclusive do ponto de vista do uso dos arquitetos e projetistas 4 Devido ao fato de que a maioria das superfícies difusoras não são “perfeitamente difusoras” e tendem a refletir mais luz na direção oposta à fonte de luz.

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em geral. Christakou (2005)5 em seu trabalho, compara 4 softwares na simulação da iluminação natural - DESKTOP RADIANCE, LIGHTSCAPE, RAYFRONT e RELUX VISION – escolhidos devido à sua maior flexibilidade, precisão (validação) e atualidade dos mesmos. Compara os softwares levando em consideração os seguintes critérios:

• Modelagem – Input da Geometria: facilidade de modelagem e importação de arquivos

• Interface com o usuário: facilidade de interação do usuário com o software e adaptabilidade do mesmo ao fluxo do trabalho de projeto

• Produto obtido: qualidade das imagens, tipos de saídas diferenciadas (FLD, luminâncias, isolux, etc)

• Parâmetros da luz natural: tipos de céu e possibilidades de inserção de dados locais

• Propriedades das superfícies: biblioteca de materiais e/ou criação de novos materiais

• Tempo de Processamento: possibilidade de processamento paralelo e eficiência do processamento

• Precisão de saída (output): se houve validação • Suporte ao usuário: existência de tutoriais e/ou fórum de discussão

A metodologia e critérios propostos neste trabalho podem ser utilizados para se comparar outros softwares de iluminação, podendo ser acrescidos de critérios específicos também para iluminação artificial. Os resultados desta pesquisa apontam pontos positivos e negativos em cada software, indicando o software RELUX como o mais apropriado a ser utilizado por arquitetos e projetistas de iluminação em geral, devido às suas características de interface, precisão e confiabilidade e possibilidades de resultados.

7.9.2 - Pesquisa e estudos comparativos de softwares integrados (luz natural e artificial concomitantemente)

São muito poucos os trabalhos relativos a estes estudos, nenhum conhecido no uso conjunto da luz natural e artificial. Porém para se ter uma idéia do tipo de software a utilizar se recomenda usar os critérios do item Variáveis da escolha em 7.7. 5

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8 - SOFTWARES DE SIMULAÇÃO E FASES PROJETUAIS Dentro do processo de projeto, a simulação pode entrar em diversas fases, conforme ilustra o diagrama abaixo:

Diagrama do processo de projeto auxiliado por simulação computacional. Fonte:

adaptado de Christakou (2005) Dentro do processo de projeto, nem sempre é possível, conforme o programa utilizado, simular-se todo o espaço projetado. Neste caso, faz-se necessário lançar mão de uma série de simplificações, para se ter uma idéia acurada do inteiro edifício.

- A primeira estratégia é analisar o edifício como um todo, tentando identificar os possíveis pontos fracos/problemáticos do mesmo quanto à questão ambiental. Neste caso, adota-se uma visão geral dos confortos térmico/luminoso/acústico, levando-se em conta quesitos que podem influenciar nos mesmos, como a orientação do ambiente, tipo de uso do mesmo, tipos de materiais escolhidos (materiais opacos, transparentes), seu percentual na fachada, etc.

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- É interessante também observar atentamente ambientes que se repetem sistematicamente num projeto, como quartos num hotel, ou os ambientes-fim6 de um projeto, como as salas de aula numa escola, ou os locais de permanência prolongada e/ou expostos a determinados fatores que podem causar desconforto.

- Estes ambientes, que podem ser encontrados através do exame da planta da edificação e da implantação do edifício, devem ser selecionados para se realizar a simulação ambiental dos mesmos. Como a maioria dos programas de simulação, principalmente térmica, exige que se trabalhe com uma zona (ambiente) por vez, é necessário escolher muito bem onde a simulação será feita. Esta(s) simulação(ões), feita(s) em ambientes representativos do edifício, ou particularmente problemáticos, é que dará(ão) a idéia do comportamento ambiental de todo o edifício.

- Embora a simulação não seja feita no edifício inteiro, a não ser nos casos de grande disponibilidade de tempo para tal, ela será feita em ambientes que representam a realidade típica do edifício, podendo portanto servir como elemento de análise do edifício inteiro.

Os simuladores baseados no comportamento dos fenômenos físicos da luz estão propostos para facilitar o entendimento da luz e o comportamento dos materiais através de cálculos complexos de iluminação. Sua principal tarefa não é simplesmente apresentar o projeto arquitetônico ou luminotécnico ao cliente, mas principalmente avaliar a solução proposta através de imagens sintetizadas e com informações numéricas, e quando necessário retomar a análise das proposições reformulando o que está trazendo desconforto ao ambiente estudado. (INANICI apud CHRISTAKOU, 2004).

6 Entende-se aqui por ambiente-fim o ambiente onde se desenvolve a atividade-fim, ou seja, a atividade principal para a qual se destina o edifício.

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Diagrama do processo de projeto luminotécnico auxiliado por simulação computacional. Fonte: adaptado de Christakou (2005)

Importante lembrar que os arquitetos e projetistas, ao se deparar com o extenso universo de programas computacionais, devem estar preparados para escolher o mais adequado, dependendo da fase e do tipo de trabalho que devem realizar. Desta forma, ter acesso às informações e análises dos softwares disponíveis é um importante fator de auxílio à tomada de decisão. 9 - EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA EDIFICAÇÃO Concomitantemente com a simulação luminotécnica é de crucial importância a avaliação energética nas edificações e para tal se utilizam softwares de simulação que utilizam fundamentalmente informações da energia dedicada aos sistemas de iluminação e aos sistemas de condicionamento higrotérmico (HVAC), que são as duas mais importantes fontes de consumo.

Saida de uma simulação

Materiais(texturas)

Fontes de LuzNatural/Artificial

Entorno

GeometriaModelo 3D

Entrada para uma simulação

OfuscamentoConforto Visual

Tabelas/GráficosDistribuição Iluminâncias

eLuminâncias

SIMULAÇÂO

Pseudo-CorAnalise

Iluminânciase

Luminâncias

ImagemSintetizada

Aspectos desejáveisnem sempre disponíveis

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Existem uma infinidade de softwares para tal fim, e não sendo o escopo desta disciplina, simplesmente numeraremos alguns deles:

• BLAST US Army – EUA • BSim Danish Building Research Inst. – Dinamarca • DeST Zhu & Jiang – China • DOE Lawrence Berkeley N Lab. – UCLA – EUA • ECOTEC Cter. of Research in Built Env. – UK • Ener-Win Texas A&M Un. – EUA • Energy Express CSIRO – Australia • Energy 10 US Dep. Of En. – EUA • Energy Plus US Dep. Of En. – EUA • EQUER Ecôle de Minas de Paris – França • ESP-r Strathclyde Un. – UK • HAP Carrier Corp – EUA • HEED AUD – UCLA – EUA • IDA ICE – Suécia • IES VE • Power Domus PUC PR • SUNREL NREL´S Cter. For Building & Thermal Sys. • Tas EDSL Co – UK • TRACE 700 Trane Co • TRNSYS TR

O mais difundido em nosso meio é o ECOTECT (http://www.squ1.com) O ECOTECT é uma ferramenta de simulação bioclimática (incluindo aspectos de iluminação, térmica e acústica na edificação) criado em 1997, por Andrew Marsh. O módulo de iluminação possui um motor de cálculo simplificado, mas a modelagem pode ser exportada para o software Radiance. É um software comercial.

Simulações de luz natural com Ecotect

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10 - TENDÊNCIAS FUTURAS 10.1 - Futuro imediato (já está acontecendo)

• Motores de cálculo mais apurados, que combinam radiosity com ray-front (processamentos paralelos).

• Novos Modelos (ex.: BRDF bidirectional reflectance dist. func., BTDF

bidirectional transmitance dist. func.).

• Suporte de luz natural, e seus recursos físicos na arq.

• Integrativos (portabilidade), Multiplataforma, Multiproc., Proc. Distribuido, redes: LAN, CAN, MAN, RAN, WAN.

• Internet: na WEB com HTML, VRML, XML / SOAP.

• Avaliação energética automática, em conjunto com HVAC.

• Renderings físico-realistas, cada vez mais foto-realistas (HDR) e dinâmicos.

• Orientados a Objeto (física dos materiais).

• Orientados a Imagem (API, OpenGL, etc.).

• Orientados a Usuário (interfaces “wizards”).

10.2 - Futuro mediato (+/- 5 a 6 anos)

• Interoperabilidade (IAI).

� Definição de classes (IFC), onde se constituirão os meta-dados dos objetos que participam de todo o ciclo de vida do espaço construído (BIM).

� Os arquivos assim definidos participam da projetação de produto (arq. +)

e de processos (const., operac. (manut., aval.), revit., e demolição) sendo assim não “proprietários” dos softwares utilizados.

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A idéia de Projeto Integrado apresenta a oportunidade de somar e fazer interagir conhecimentos, aptidões desenvolvidas e reflexões, trabalhados no arco de um período de acúmulo e produção de conhecimentos e interação entre disciplinas, áreas de conhecimento e profissionais de diversas formações. A proposta é realizar uma síntese dos conhecimentos e aptidões desenvolvidos, aplicando-os em um projeto comum, onde cada um dos integrantes desenvolverá de maneira mais profunda os aspectos nos quais sente maior inclinação, familiaridade, propensão e capacidade. Neste sentido, a capacidade de organização do grupo é importantíssima, de forma que cada um conheça o objetivo global do projeto, mas saiba exatamente qual será a sua fatia de contribuição. Desta maneira, terão a oportunidade de expressar-se todas as áreas de conhecimento e formação participantes, dentro de um objetivo maior representado pelo Projeto Integrado a ser realizado. Nesta perspectiva, será possível trabalhar-se com diversos instrumentos computacionais ou não, a serem escolhidos conforme os objetivos a serem alcançados, de forma autônoma pelos integrantes dos grupos de Projeto Integrado, conforme seus interesses e capacidades. Estes instrumentos serão aplicados nas diversas fases do Projeto, segundo os resultados exigidos. Neste sentido, a disciplina de CALD traz as informações e subsidia as escolhas que deverão ser feitas a posteriori.

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MANSY, K. (2003). The need for a third generation of design tools in the early

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GLOSSÁRIO (adaptado de MAGALHÃES, 2006) - Algoritmo: É uma seqüência de passos que permite que o problema seja resolvido de maneira automática e repetitiva, ou seja, é uma seqüência não ambígua de instruções que é executada até que determinada condição seja verificada. Para resolver um problema no computador é necessário que seja, primeiramente, encontrada uma maneira de descrever esse problema de uma forma clara e precisa. São os passos necessários para realizar uma tarefa. Sua implementação pode ser feita por um computador, por outro tipo de autômato ou mesmo por um ser humano. (WIKIPÉDIA). - Animação: Se refere ao processo na qual cada quadro de um filme é produzido individualmente, podendo ser gerado por computação gráfica ou fotografando uma imagem desenhada, ou por repetidamente fazer pequenas, mudanças a um modelo, e então fotografando o resultado. Quando os quadros são ligados e o filme resultante é visto a uma velocidade de 16 ou mais quadros por segundo, há uma ilusão de movimento contínuo (por causa da persistência de visão). A geração de um filme é um trabalho muito intensivo e por vezes entediante. O desenvolvimento de animação digital aumentou muito a velocidade do processo, eliminando muitas vezes as tarefas mecânicas e repetitivas. (WIKIPÉDIA). - Aplicativo Computacional: Um aplicativo, ou aplicação, é um programa de computador que tem por objetivo o desempenho de tarefas de índole prática, em geral ligadas ao trabalho em escritório ou empresarial. Sua natureza é, portanto, diferente da de outros tipos de software, como sistemas operativos e ferramentas a eles ligadas, jogos e outro software lúdico, programas educativos, etc. (WIKIPÉDIA). - Avaliação Visual Qualitativa: Avaliação da qualidade da imagem ou de imagens foto-realísticas, ou seja, que se aproximam o mais próximo do real, como numa fotografia. - CAD – Computer aided design: Desenho auxiliado por computador. É o nome genérico de sistemas computacionais. O software CAD é utilizado pela engenharia, geologia, arquitetura e design para facilitar o desenvolvimento de projeto e desenho técnicos. (WIKIPÉDIA). - CALD – Computer aided lighting design: Projeto de iluminação auxiliado por computador. Os softwares CALD são utilizados tanto para luz natural somente, quanto para luz artificial somente, quanto para ambas simultaneamente, com o intuito de facilitar o cálculo e a simulação de sistemas de iluminação. (CIE). - Céu Claro: É o tipo de céu mais brilhante no horizonte do que no Zênite. Costuma a ser estável, pois sua variação durante o dia tende a ser constante. Em geral, não possui mais de 30% de nuvens a obscurecer a abóbada. A radiação direta é predominante e a radiação difusa é mais intensa ao redor do sol e próximo do horizonte. (Comission Internationale d’Éclairage – CIE). - Céu Encoberto (ou isotrópico): É o tipo de céu mais uniforme, que tende a variar gradualmente. É definido como aquele que possui pelo menos 80% da abóbada encoberta por nuvens. Há um turvamento da abóbada celeste e o sol não é, visivelmente, perceptível. A distribuição da radiação e a luminância tendem a ser mais uniformes.

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- Céu Parcialmente Encoberto (ou anisotrópico): É o tipo de céu que possui entre 30% a 80% da abóbada obscurecida pelas nuvens.É o céu que possui grande variedade de luminâncias de uma área para a outra e tende a variar muito rapidamente entre essas. (Comission Internationale d’Éclairage – CIE). Segundo LAMBERTS, 1977 apud CHRISTAKOU, 2004, é o céu predominante na maioria das regiões do Brasil. - Curvas Isolux: São linhas que unem os pontos de mesma iluminância (mesmo nível de lux). Através dessas curvas os softwares de iluminação apresentam os resultados de seus cálculos. - Fator de Luz Diurna: Razão entre a iluminação natural num determinado ponto num plano horizontal interno devido à luz recebida direta ou indiretamente da abóbada celeste com uma distribuição de luminâncias conhecida, e a iluminação num plano horizontal externo produzida pela abóbada celeste totalmente desobstruída, expressa como uma porcentagem. - Ferramentas computacionais: o mesmo que softwares. - Imagem em HDR: High Dynamic Range, é uma imagem cuja faixa de variação na intensidade luminosa é maior do que uma imagem comum. Essa imagem pode ser obtida a partir de várias fotografias de uma mesma cena com tempos de exposição diferentes. O processo de geração de uma imagem HDR começa com a obtenção da função de resposta da câmera. Essa função é obtida a partir de uma série de fotografias e seus tempos de exposição. Uma imagem de HDR é uma vista 360° de algum lugar que tem não somente os valores usuais de um retrato, mas armazena também a informação da intensidade da luz. Elas podem iluminar a cena muito realisticamente, sem a necessidade de luzes do programa 3D, mas seu uso mais indicado é quando existem objetos metálicos na cena, como por exemplo cromados ou pintura de carros. (ADEMIR, 2006). - Imagens Dinâmicas: São imagens que são processadas através de alguma quantificação. Dispõe de animação e, algumas vezes, dispõe de recursos de interação com o usuário. Algumas vezes possuem sistemas mais complexos de captura e processamento de movimento com banco de dados de vídeo e processamento de imagens foto-realísticas como captura de texturas e, sombras dinâmicas, com alteração de cenários, entre outras possibilidades que os recursos gráficos computacionais podem oferecer. - Imagens Foto-realísticas: Imagens que possuem qualidade visual, aproximando-se do real, como em uma fotografia. - Interface: É é um 'contrato' que determina a forma de comunicação entre componentes de software. (WIKIPÉDIA). É a fronteira compartilhada por dois dispositivos, sistemas ou programas que trocam dados e sinais. Ou o meio pelo qual o usuário interage com um programa ou sistema operacional. Consistindo num conjunto de teclas, botões, comandos de sistema operacional, formatos de exibição gráfica e outros dispositivos fornecidos por um programa para permitir que o usuário se comunique e o utilize. (Dicionário de tecnologia, 2003 apud CHRISTAKOU, 2004).

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- Interface Gráfica: É a forma como o programa se apresenta ao usuário, com abundantes recursos técnicos e visuais, de modo a facilitar os trabalhos relativos à editoração eletrônica e a computação gráfica de um modo geral. (FILHO, 2003 apud CHRISTAKOU, 2004).

- Layers: O mesmo que camadas. Os layers ou camadas, em computação gráfica pode representar muitas combinações de desenhos ou modelos na composição e sistematização de um arquivo. Em particular, para os softwares que desenvolvem projetos arquitetônicos, podem significar várias associações, como espessura de linha, cor da linha e texturas associadas a elementos como: parede, piso, cobertura, esquadrias, etc. As camadas ou layers, também, podem estar associadas a partes de uma edificação, como subsolo, térreo, pavimento tipo, pavimento superior, etc. Cada layer pode ser “congelado”, ou seja, pode ficar invisível, de modo que se possa visualizar as demais camadas e trabalhá-las com maior acuidade visual. As camadas ou layers auxiliam não só na melhor visualização das várias etapas do desenvolvimento do projeto, como também, na sua organização.

- Modelagem: Em computação gráfica, significa construção de modelos, em geral, tridimensionais. - Objeto 3D: Refere-se às entidades com uma base tridimensional, x, y, z, criadas em softwares apropriados. (CHRISTAKOU, 2004). - Radiance: ou Desktop Radiance, é um software potente, que possui um conjunto de módulos externos, denominados extensões. Foi produzido pelo Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), no início da década de 90, tendo como principal autor, Greg Ward. Seus cálculos incluem os valores espectrais da radiância (luminância + cor), da irradiância (iluminância + cor) e índices de ofuscamentos. Simula a propagação da luz em um ambiente com bastante eficiência e qualidade visual, pois através das extensões, permite que se incluam as inter-reflexões difusas e fontes secundárias... É uma ferramenta que gira no ambiente Windows 95/98/NT e se integra ao Autocad R14 e Autocad 2000. Inclui bibliotecas de matérias, vidros, mobiliário e suporte para a iluminação artificial. O seu principal foco consiste em integra a ferramenta com pacotes CAD populares para facilitar a adoção de estratégias de iluminação natural e eficiência energética no projeto de arquitetura. (CHRISTAKOU, 2004). - Radiosity: É um método que foi desenvolvido, inicialmente para cálculos termodinâmicos, considera todas as relações entre todos os objetos de uma cena. A determinação dessas trocas de energia radiante é independente do ponto de vista do observador, podem ser calculadas antes que qualquer rendering de uma dada superfície seja realizado. (CHRISTAKOU, 2004) O problema da reflexão difusa é tratado melhor com maior propriedade pelo método da radiosidade, que considera a distribuição da luz dada por uma equação de conservação de energia. Uma referência ao sistema é apresentada em Siggraph (1993). (SCHMID).

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- Ray-Tracing: O método ray-tracing é o mais utilizado na Computação Gráfica para a produção de imagens realistas. Consiste na determinação de valores de luminância (medida em blondel ou candela por m²) para os pixels que, na tela, compõem uma figura, através da varredura em sentido inverso do percurso percorrido pela luz até cada fonte primária. Diferentes algoritmos podem ser utilizados para localizar tais fontes. Algumas referências são Kajiya (1986) e Ward et al.(1988). A modelagem da reflexão da luz em superfícies especulares é possível de maneira exata. Já o caso de superfícies, difusamente, reflexivas – como, por exemplo, uma parede com pintura fosca – essa modelagem se torna mais complicada. É necessária uma discretização dos infinitos raios de luz que, desde cada fonte, são espalhados por tais superfícies. (SCHMID.) - Rendering: O mesmo que renderização. - Renderização: É um processo de representação bidimensional, um vista específica de um determinado modelo tridimensional. É o processo pelo qual se podem obter imagens digitais. Este processo aplica-se essencialmente em programas de modelação e animação, como forma de visualizar a imagem final do projeto bidimensional ou tridimensional. (WIKIPÉDIA). -Simulação: Experiência que simula ou procura imitar uma situação o mais próximo do real. Ou ainda, algoritmo que mimetiza um processo físico. (Hitchcock apud CHRISTAKOU, 2004). - Software: O mesmo que ferramentas computacionais. Programas computacionais, com procedimentos, regras e qualquer documentação pertinente ao sistema operacional. (CHRISTAKOU, 2004). -Validação: Rigoroso teste de uma ferramenta computacional compreendendo sua base teórica, implementação do programa e interface com o usuário sobre uma gama de condições típicas de uso esperado. A validação deve compreender uma revisão bibliográfica, checagem de códigos, verificação analítica, comparação entre modelos, estudos de sensibilidade e validação empírica. Esse último é o procedimento mais aceitável em termos de validação, uma vez que, verifica os resultados simulados por um determinado programa através das medições em campo em um modelo semelhante ao simulado. (JENSEN apud WESTPHAL, 2002).

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Extensão

Tipo MIME (formato Internet para correio eletrônico)

raster / vector

Nome próprio

Descrição

.ai application /illustrator

raster / vector

Adobe Illustrator Document

Formato vetorial do Adobe Illustrator. As primeiras verões suportavam apenas imagens vetoriais. É uma variante do Postscript tal como os formatos PDF, EPS e PS.

.art ? raster ART ART é um formato proprietário do software cliente da America Online. Trata-se de uma única imagem gravada num arquivo, gravada da internet, em que o programa escolhe o melhor método de compressão.

.art ? ? Another Ray Tracer

Formato do pacote de programas VORT para Unix

.blend image/bmp vector abreviatura de Blender.

software nativo do software Blender3d

.bmp image/bmp raster Windows Bitmap

Comumente usado pelos programas Microsoft Windows, e o pelo próprio Windows. Compressão sem perdas de informação pode ser especificada, mas alguns programas usam apenas arquivos não-comprimidos.

.cgm mage/cgm vector Computer Graphics Metafile

Definido pelo padrão ISO 8632. Normalmente usado para desenhos complexos de engenharia, ex.: aviação.

.cin image/cineon raster Cineon Cineon é uma variante do formato DPX dirigido a filmes digitais.

.cpt ? raster Corel Photo-Paint Image

Formato padrão do Corel Photo-Paint. Poucos programas suportam este formato.

.dpx image/dpx vector Digital Picture eXchange file format

DPX é um padrão ANSI/SMPTE (268M-2004) semelhante ao Cineon mas com cabeçalhos (headers) mais flexíveis e variáveis. Usado para para filmes. Este arquivo não armazena o som.

.dxf image/vnd.dxf vector ASCII Drawing Interchange

Arquivos de texto no padrão ASCII utilizados para armazenar dados de programas CAD.

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.eps application /postscript

raster / vector

Encapsulated PostScript

Formato com a finalidade de importar e exportar arquivos PostScript. Ao invés do formato ".ps" não editável, destinado a saídas em impressoras.

.dwg vector arquivo nativo do AutoCAD

AutoCAD DWG, Arquivos de texto no padrão ASCII utilizados para armazenar dados de programas CAD.

.eps application /postscript

raster / vector

Encapsulated PostScript

Formato com a finalidade de importar e exportar arquivos PostScript. Ao invés do formato ".ps" não editável, destinado a saídas em impressoras.

.emf ? vector Windows Enhanced Metafile

Versão avançada do Windows Metafile.

.exr image/exr raster Extended Dynamic Range Image File Format

OpenEXR é um formato Open Source e (HDR) desenvolvido pela Industrial Light & Magic. É destinado à indústria cinematográfica.

.fh ? vector Macromedia Freehand Document

Formato nativo do Macromedia Freehand.

.fla ? vector Flash Source File

Formato nativo do Macromedia Flash. Ver também o formato ".swf".

.fpx image/vnd.fpx raster Flashpix (1.0.2) Não-comprimido / com perda de informação, 8-bit em tons de cinza & 24-bit em cores. Fornece múltiplas resoluções de cada imagem.

.gif image/gif raster Graphics Interchange Format

Usado extensivamente na web, mas por vezes evitado devido a problemas de patente. Suporta imagens animadas. Suporta somente 255 cores por quadro, portanto requer quantização com perdas de informação para fotos full-color (16.7 milhões de cores); usar quadros múltiplos pode melhorar precisão de cores. Usa compressão sem perdas de informação, compressão LZW patenteada. A patente venceu em 2003.

.iff

.ilbm ? raster Interchange file

format / Interleave bitmap

Formato de arquivo popular no computador Amiga. ILBM é um subtipo do formato IFF, que pode conter mais que apenas imagens.

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.jpeg

.jpg image/jpeg raster Joint

Photographic Experts Group

Usado extensivamente para fotos na WEB. Usa compressão com perda de informação; a qualidade pode variar enormemente dependendo das definições de compressão.

.jpg2

.jp2 image/jpeg2000 raster Joint

Photographic Experts Group

JPEG 2000 é um sucessor do JPEG, permitindo compressão com perda de dados (lossy) e sem (lossless). O suporte deste formato em programas ainda é pequeno.

.mng video/x-mng raster Multiple-image Network Graphics

Formato de animação que usa datastreams semelhantes àqueles de PNG e JPEG, originalmente designado para substituir o uso de GIF animado na WEB. Livre da patente associada ao GIF animado.

.pbm image /x-portable-bitmap

raster Portable Bitmap Format

Um simples formato gráfico em preto de branco. Diferente da maioria de formatos de arquivos gráficos, um arquivo PBM é texto integral e pode ser processado por ferramentas de processamento de texto. É relacionado aos formatos de arquivo gráfico PGM (tons de cinza) e PPM (colorido).

.pcd image/jpcd ?? raster ImagePac Photo CD

Formato proprietário da Kodak, com perdas de informação, cores 24-bit.

.pdf application/pdf raster / vector

Portable Document Format

Versão simplificada do PostScript. É um formato nativo do Adobe Acrobat Reader, Adobe Acrobat Professional e do Adobe eBook Reader. Permite múltiplas páginas e ligações (links). As últimas versões permitem ainda a inclusão de vídeo, 3D, preenchimento de formulários, entre muitas outras opções.

.pgm image /x-portable-graymap

raster / vector

Portable Graymap Format

Um simples formato em tons de cinza. Diferente da maioria de formatos de arquivos gráficos, um arquivo PGM é texto integral e pode ser processado por ferramentas de processamento de texto. É relacionado aos formatos de arquivo gráfico PBM (preto e branco) e PPM (colorido).

.pict image/pct ?? raster / vector

Picture Formato padrão utilizado para armazenar imagens nos sistemas operativos do Macintosh anteriores à versão OS X.

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.png image/png raster Portable Network Graphics

Formato de imagem bitmap comprimido sem perdas de informação, destinado a substituir o GIF na WEB. Livre de patente patent, que venceu em 2003, associado a GIF.

.ppm image /x-portable-pixmap

raster Portable Pixmap Format

Formato para tons de cinza. Diferente dos formatos de arquivos gráficos, um arquivo PPM é texto integral e pode rodar em processamento de texto. Relacionado com PBM (p e b) e PGM (cinzas).

.ps application /postscript

vector PostScript Formato destinado a saídas em impressoras, normalmente impressoras laser que suportem PostScript.

.psd application /x-photoshop

raster Photoshop Document

Formato padrão da Adobe para documentos do Photoshop. Possui muitos recursos extras como image layering. Suportado por muito poucos programas fora o Adobe Photoshop.

.psp ? raster Paint Shop Pro Document

Formato nativo do Paint Shop Pro, de forma similar ao .psd do Adobe Photoshop. Suportado por poucos programas.

.svg

.svgz image/svg+xml vector Scalable Vector

Graphics Formato baseado no XML, definido pelo World Wide Web Consortium para ser utilizado em navegadores.

.skp

.skb application /skechup

vector SketchUp Format

Formato utilizado no programa Sketchup, da Google, que vem surgindo como uma ótima opção para modelagens em 3D nas áreas de Arquitetura, mecânica e até cinema, dentre outras.

.swf application /x-shockwave-flash

vector Flash Formato nativo e não editável do Macromedia Flash, normalmente criado a partir do formato editável ".fla". Armazena animações para ser visualizadas normalmente em páginas da internet, e pode ser criado em outros programas.

.tiff

.tif image/tiff raster Tagged Image

File Format Usado extensivamente para gráficos tradicionais impressos. Compressões com e sem perdas de informação disponíveis (LZW, ZIP e JPEG) assim como outras opções, apesar de muitos programas não suportarem essas opções para além do padrão TIFF.

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.wbmp image /vnd.wap.wbmp

raster Wireless Application Protocol Bitmap Format

Utilizado para armazenar imagens em dispositivos sem fios (wireless), normalmente em telemóveis (ou celular no Brasil) com câmara fotográfica.

.wmf image/x-wmf vector Windows Metafile

Formato nativo do Microsoft Windows para armazenar imagens.

.xar ? vector Xar Formato nativo do programa Xara X e da sua última versão, o Xara Xtreme.

.xbm image/x-xbitmap raster X BitMap Usado quase que exclusivamente em plataformas UNIX com o Sistema X Window e suportado pela maioria dos navegadores. Um arquivo ASCII que não usa compressão, designado de modo que arquivos estejam em sintaxe C(++) para que imagens possam ser incluídas no código fonte.

.xcf application /x-gimp-image

raster eXperimental Computing Facility

Formato nativo do GIMP. Possui muitos recursos extras como imagem em camadas (layers). Usado principalmente no GIMP, porém também suportado pelo ImageMagick.

.xpm image/x-xpm raster X-Pixmap Usado quase exclusivamente em plataformas UNIX com o Sistema X Window. Um arquivo ASCII que não usa compressão, designado de modo que arquivos estejam em sintaxe C(++) para que imagens posam ser incluídas no código fonte.