Sistemas do Tipo Difusão-Reação e Preservação de Pontos Singulares

• Published in: Trends in Computational and Applied Mathematics 2021-08, Vol.22 (2), p.241-263
• Main Authors: JUDICE, S. F. P. P., SANTOS, Í. M. F., KOSCHECK, N., LOULA, A. D., GIRALDI, G. A., QUEIROZ, R. A. B. DE
• Format: Article
• Language: eng ; por
• Subjects: Difusão-Reação; Gradient Vector Flow; MATHEMATICS; MATHEMATICS, APPLIED; Singularidades; Wavelets de Haar
• ISSN: 2676-0029; 2676-0029
• DOI: 10.5540/tcam.2021.022.02.00241

RESUMO Motivados por aplicações recentes em computação gráfica, este trabalho apresenta um estudo teórico e computacional de sistemas de difusão-reação baseados no Gradient Vector Flow (GVF), com foco no comportamento do GVF em relação às singularidades do campo inicial. O estudo teórico parte de uma análise local, independente de condições de fronteira. Em seguida, supõe-se condição de fronteira no infinito e usa-se análise de Fourier para estabelecer condições suficientes para preservação do ponto singular. Finalmente, supõe-se um domínio compacto, com geometria retangular, e analisa-se a preservação de um ponto singular em relação à condição de fronteira usando um método de solução de equações diferenciais parciais (EDPs) baseado em wavelets de Haar. Desenvolvemos também uma implementação de um método direto para a equação estacionária do GVF baseado em diferenças finitas (DF) para comparar com a solução tradicional do Euler explícito, no que diz respeito a singularidade. É discutida a influência da vorticidade no problema de interesse usando a função de linhas de corrente e equação de Helmholtz. Nos experimentos computacionais, consideramos duas condições de fronteira, dois tipos de singularidades e os três métodos numéricos (Euler explícito, diferenças finitas para a equação estacionária, e wavelets) para verificar os resultados teóricos obtidos.