Simulação computacional

Para alguns modelos, é possível utilizar métodos matemáticos para a obtenção dos resultados às questões estabelecidas, caracterizando o que é chamado de solução analítica de problemas. Porém, como a maioria dos modelos para o estudo da iluminação, são ditos complexos, é preciso desenvolver processos que possibilitem avaliar o modelo e dar respostas às diversas questões envolvidas, de forma rápida e precisa.

Com o surgimento dos computadores de grande capacidade de processamento, capazes de resolver sistemas de equações complexas, desenvolveu-se a chamada abordagem sistêmica, que “(...) constitui um método de resolver problemas (problem solving) que considera a totalidade dos aspectos envolvidos, analisando as interações entre as diversas partes e entre elas e o todo, formulando e avaliando alternativas para o todo e para cada uma das partes” (SERRA, 1995: 11).

A pesquisa operacional vem reforçar a aplicação dessa abordagem a problemas complexos tratados como sistemas de “entradas” e “saídas”, utilizando-a para a simulação de problemas que admitem muitas soluções e nas quais a questão central da solução é a otimização, permitindo a orientação do processo de tomada de decisão e a realização de análises e avaliações de sistemas, de forma a propor soluções para a melhoria da performance do sistema.

A simulação por computador permite reproduzir fenômenos ou sistemas de tal forma que possa ser utilizada para testar seus comportamentos sobre as mais diferentes situações (AMORIM, 2003). Ao simular um objeto ou fenômeno busca-se atribuir, ao modelo simulado, propriedades e (ou) capacidades do modelo real e não mais somente

“copiar” sua aparência visual, o que irá depender da finalidade da simulação (MACHADO, 2001).

Existem três tarefas que envolvem o processo de simulação em iluminação: a primeira se refere à obtenção de entrada de dados precisas, a segunda está relacionada à simulação precisa e eficiente da interação da luz no ambiente e a terceira, refere-se ao mapeamento dos resultados para os dispositivos de saída.

Um objetivo da simulação é a criação de imagens geradas em computador, que em muitas vezes, é a maneira mais fácil, menos dispendiosa e mais eficaz de visualizar preliminarmente resultados de projeto, ao contrário de modelos construídos e protótipos, além de permitir a consideração de alternativas adicionais de projeto, a partir da interação do projetista com a imagem exibida (FOLEY, 1997).

O estudo de um sistema, pode ser dado sob duas diferentes formas de abordagem. Uma se refere à interferência direta no sistema físico existente promovendo alterações para melhorar a performance do mesmo, o que envolve altos custos operacionais e perturbações no sistema. Outra se refere à utilização de modelos que representem convenientemente o sistema, construído de forma a verificar seu comportamento perante as modificações das variáveis em estudo, sendo a melhor maneira de testar novas alternativas de resolução para o problema (LAW, 2000: 4-6).

Segundo Soares (1990: 84-86), o processo de simulação segue os seguintes estágios de desenvolvimento:

• formulação do problema – definição do problema a resolver e dos objetivos a serem alcançados;

• construção do modelo – definição dos elementos e suas características e do modo como estes elementos interagem entre si. Deve-se conhecer a estrutura do sistema e como ele opera, não incluir detalhes desnecessários, decidir quais simplificações são válidas e quais elementos devem ser incluídos no modelo e decidir quais interações devem ocorrer entre os elementos;

• determinação dos dados de entrada e saída – definição dos parâmetros de simulação a partir dos resultados a que se quer chegar;

• implementação do modelo – implementar o modelo sob a forma de algoritmos computacionais;

• verificação - determinar se o modelo trabalha como esperado;

• validação - determinar se o modelo é uma representação do Sistema do Mundo Real e funciona como tal;

• experimentação – variação dos parâmetros de forma a obter os melhores resultados; • análise dos resultados – interpretação dos resultados sobre o sistema simulado; e • documentação – documentar os resultados para que possam ser utilizados em novos

experimentos.

Esses estágios referem-se a todo o processo de simulação, inclusive a implementação do próprio modelo, e não devem ser seguidos de forma seqüencial já que a compreensão do problema vai aumentando de acordo com o desenvolvimento do processo, sendo necessário voltar a estágios anteriores para definir novas questões de interesse.

Para a aplicação da simulação, uma tarefa importante a ser realizada é a validação do modelo de simulação, que se refere ao grau de confiabilidade com que o modelo representa o sistema em estudo sob o enfoque considerado.

A validação deve ser feita pelo projetista do sistema, no momento da sua implementação e pelo usuário desse sistema de forma a garantir que os resultados encontrados no processo de simulação estejam corretos e possam ser utilizados para os estudos enfocados.

Law (2000: 265) define a validação como o processo que determina se o modelo de simulação é uma representação válida do Sistema do Mundo Real, para os objetivos particulares do estudo, seguindo algumas perspectivas gerais:

• se a simulação de um aspecto é válida em uma tecnologia ou ferramenta, então estas podem ser usadas para produzir decisões sobre o mesmo aspecto em outros espaços;

• a facilidade ou a dificuldade do processo de validação depende da complexidade do sistema modelado e das características a serem simuladas; e

• nas edificações complexas, o modelo pode ser simplificado levando em conta os aspectos relevantes (necessários e suficientes) para o processamento da solução.

Segundo Roy (2000: 13-14), a validação de um programa de simulação pode ser feita tendo como estratégia para a comparação dos resultados os seguintes pontos de referência:

• modelo matemático de referência, utilizado para gerar analiticamente as propriedades da cena a ser simulada para posterior comparação;

• edifício real, utilizado como base de comparação para os resultados obtidos na simulação em relação às medidas reais;

• modelo em escala, utilizado para a testar condições de projeto e compara-las aos resultados das simulações; e

• outro programa, utilizado como referência para a avaliação de um programa em vista de já ter sido validado e considerado confiável para a resolução do problema proposto.

Para o estudo em questão é necessário proceder a uma validação para os sistemas de simulação existentes de forma a verificar a sua confiabilidade. Isso foi feito através de estudos comparativos entre os resultados obtidos através dos programas de simulação e as medições feitas em ambientes reais, descritos nas experimentações, no capítulo IV.