Geometric packing for rock accumulation analysis

Abstract

El descubrimiento de nuevos materiales amigables con el medio ambiente es una de las prioridades en las investigaciones en Chile. Algunos ejemplos son creación de materiales aislantes, estabilizaciones de túneles, desecho de la minería y también la porosidad de materiales, entre otros. Sin embargo, el diseño de estos materiales se obtiene por prueba y error, esto gasta tiempo y recursos que se podrían ahorrar con sistemas digitales. Por esto, el desarrollo de herramientas computacionales para predecir las propiedades que tiene los materiales es fundamental, esto acelerará el proceso para conocer de forma más temprana estos materiales. Estos problemas se pueden resolver usando técnicas de empaquetamiento. El empaquetamiento es un problema que busca empaquetar en un contenedor el contenido tan denso como sea posible. Para resolver este problema existen variadas alternativas, como empaquetamiento para círculos, para rectángulos, para polígonos convexos e incluso una variada cantidad de estudios para empaquetamiento de polígonos cóncavos. Esta tesis propone la implementación de un algoritmo para la construction de mallas usando técnicas de empaquetamiento. El algoritmo usa de entrada una lista de polígonos, estos polígonos necesitan ser cercanos a polígonos regulares y la posibilidad de que el algoritmo permita soportar polígonos con muchos vertices. La salida del algoritmo es la malla resultante con los polígonos en sus respectivas posiciones. Además, se proponen alternativas de heurísticas a implementar las cuales son una que prioriza la densidad del contenedor, buscando una posición donde el área del agujero resultante sea la menor. Otra heurística que se propone busca la menor posición en la coordenada Y para colocar el siguiente polígono. La última heurística propuesta busca dividir el dominio en varias alturas e usar alguna de las heurísticas ya mencionadas en cada dominio. Los resultados muestran que la heurística más eficiente y mejor en tiempos de ejecución es la que simula la caída de rocas. También muestra que la heurística de gravedad es un orden menor en tiempos de ejecución que la heurística de densidad. El algoritmo que empaca por capas muestra un decremento en la eficiencia, pero en tiempos de ejecución es similar o casi el mismo que el de gravedad. Nuestra contribución es un nuevo algoritmo de empaquetamiento para polígonos convexos que empaca además por capas lo que genera mallas más complejas, incluyendo una nueva aplicación web para generar estas mallas. Se compararon los resultados con otros dos algoritmos para círculos y polígonos cóncavos, los resultados obtenidos muestran que los algoritmos propuestos tienen mejor eficiencia, pero peor tiempo de ejecución. Y la más importante contribución es un artículo publicado en la Conferencia Internacional de Ciencia Computacional 2020 (ICCS), donde se publica el artículo Convex polygon packing based meshing algorithm for modeling of rock and porous media .