Reflexión y refracción polarizadoras para envolver la superficie del agua.

Quiero renderizar imágenes realistas de agua en un hábitat espacial en órbita. La imagen no necesita ser generada en tiempo real, aunque tampoco quisiera que llevara semanas. Estoy buscando un enfoque que pueda generar imágenes realistas en horas o días.

El hábitat es cilíndrico y la superficie interna curva es el espacio vital. La rotación del cilindro sobre su eje proporciona una aproximación de la gravedad. No busco detalles para simular la física de esto, solo la representación de una imagen.

El aspecto específico que quiero saber es la polarización. La luz reflejada desde la superficie del agua se polariza, dejando la luz que pasa al agua polarizada perpendicularmente a la luz reflejada. Ignorar este efecto y simplemente modelar las proporciones de luz que se reflejan y transmiten funciona razonablemente bien cuando solo hay una superficie de agua, pero si el hábitat cilíndrico tiene cuerpos de agua que ocupan grandes proporciones de la superficie curva, entonces un rayo determinado hará Reflexiones múltiples en una amplia gama de ángulos diferentes. Esto significa que la proporción de luz que se refleja dependerá del ángulo de polarización que se le haya aplicado previamente.

¿Existen enfoques existentes que incorporen tales efectos que puedan dar imágenes realistas de múltiples reflejos de una superficie de agua curva? También tendrían que modelar la refracción con polarización. El agua será poco profunda en algunos lugares, así que espero que la refracción polarizada influya en los resultados.

Si no es así, ¿podría adaptar un trazador de rayos existente o necesitaría un enfoque que comience desde cero?

Estoy buscando realismo para descubrir efectos inesperados, no solo para pasar como realista a un observador casual. Obviamente, la mayoría de los observadores (incluyéndome a mí) no sabrán los efectos que deben buscar, ya que no están familiarizados con la vida cotidiana, por lo que estoy buscando "razonablemente físicamente correcto" en lugar de simplemente "convincente".

El método más comúnmente sugerido parece ser el cálculo de Mueller , que se reduce a rastrear los parámetros de Stokes de un rayo de luz para representar la polarización de la luz transmitida a lo largo de ese rayo. Un rayo puede estar no polarizado (parámetros de Stokes de (1, 0, 0, 0)) o puede estar polarizado circular o linealmente en varias direcciones, lo cual es una propiedad de la luz en el agregado. En la superficie, la luz se dispersa de acuerdo con la polarización y el vector de Stokes se propaga multiplicándolo por la matriz de Mueller de la superficie.

Aquí hay una reseña de Toshiya Hachisuka sobre el trazado de rayos mientras se rastrea la polarización de la luz. Parece una buena introducción, y hay varias referencias que parecen prometedoras. El artículo aboga por el seguimiento directo del estado de polarización del rayo: en lugar de una representación agregada, rastrea individualmente la dirección y la frecuencia de las dos oscilaciones armónicas de un rayo de luz dado. Esto puede tener la desventaja de que necesita más muestras para reproducir los efectos de polarización con precisión, pero puede reproducir más efectos (en el artículo, interferencia de película delgada).