Odbicie i załamanie polaryzacji dla owijania się wokół powierzchni wody

Chcę renderować realistyczne obrazy wody w orbitującym środowisku kosmicznym. Obraz nie musi być generowany w czasie rzeczywistym, chociaż nie chciałbym, aby zajęło to tygodnie. Szukam podejścia, które może generować realistyczne obrazy w ciągu kilku godzin lub dni.

Siedlisko jest cylindryczne, a zakrzywiona powierzchnia wewnętrzna jest przestrzenią mieszkalną. Obrót cylindra wokół jego osi zapewnia przybliżenie grawitacji. Nie szukam szczegółów symulacji tego zjawiska, a jedynie renderowanie obrazu.

Konkretnym aspektem, o którym chcę wiedzieć, jest polaryzacja. Światło odbite od powierzchni wody jest spolaryzowane, pozostawiając światło, które przechodziło do wody spolaryzowane prostopadle do światła odbitego. Ignorowanie tego efektu i po prostu modelowanie proporcji światła, które jest odbijane i przesyłane, działa dość dobrze, gdy jest tylko jedna powierzchnia wody, ale jeśli siedlisko cylindryczne ma zbiorniki wodne, które zajmują duże proporcje zakrzywionej powierzchni, dany promień wytworzy wiele odbić pod szerokim zakresem różnych kątów. Oznacza to, że proporcja odbijanego światła będzie zależeć od wcześniej zastosowanego do niego kąta polaryzacji.

Czy istnieją istniejące podejścia uwzględniające takie efekty, które mogłyby dać realistyczne obrazy wielokrotnych odbić od zakrzywionej powierzchni wody? Musieliby także modelować refrakcję z polaryzacją. W niektórych miejscach woda będzie płytka, więc spodziewam się, że załamanie spolaryzowane wpłynie na wyniki.

Jeśli nie, czy mogę dostosować istniejący ray tracer, czy może to wymagać podejścia zaczynającego się od zera?

Szukam realizmu, aby odkryć nieoczekiwane efekty, a nie tylko przekazać tak realistyczne przypadkowemu obserwatorowi. Oczywiście większość obserwatorów (w tym ja) nie będzie wiedziała, jakich efektów szukać, ponieważ nie są zaznajomieni z życiem codziennym, więc szukam raczej „względnie poprawnej fizycznie”, a nie tylko „przekonującej”.

Najczęściej sugerowaną metodą wydaje się być rachunek Muellera , który sprowadza się do śledzenia parametrów Stokesa promienia światła w celu przedstawienia polaryzacji światła transmitowanego wzdłuż tego promienia. Promień może być niespolaryzowany - parametry Stokesa (1, 0, 0, 0) - lub może być spolaryzowany kołowo lub liniowo w różnych kierunkach, co jest właściwością światła w agregacie. Na powierzchni światło jest rozpraszane zgodnie z polaryzacją, a wektor Stokesa jest propagowany przez pomnożenie go przez macierz Muellera na powierzchni.

Oto artykuł Toshiyi Hachisuki o śledzeniu promieni podczas śledzenia polaryzacji światła. Wydaje się, że to dobre wprowadzenie, a istnieje kilka referencji, które wydają się obiecujące. Artykuł opowiada się za bezpośrednim śledzeniem stanu polaryzacji promienia: zamiast zbiorczej reprezentacji, indywidualnie śledząc kierunek i częstotliwość dwóch oscylacji harmonicznych danego promienia świetlnego. Może to mieć tę wadę, że potrzeba więcej próbek do dokładnego odtworzenia efektów polaryzacji, ale może być w stanie odtworzyć więcej efektów (w artykule interferencja cienkowarstwowa).