Поляризационное отражение и преломление для обтекания поверхности воды

Я хочу сделать реалистичные изображения воды в орбитальной космической среде обитания. Изображение не нужно генерировать в реальном времени, хотя я бы тоже не хотел, чтобы оно занимало недели. Я ищу подход, который может генерировать реалистичные изображения в течение нескольких часов или дней.

Среда обитания является цилиндрической с изогнутой внутренней поверхностью, являющейся жилым пространством. Вращение цилиндра вокруг его оси обеспечивает приближение силы тяжести. Я не ищу детали моделирования физики этого, только рендеринг изображения.

Конкретный аспект, о котором я хочу знать, это поляризация. Свет, отраженный от поверхности воды, поляризуется, оставляя свет, прошедший в воду, поляризованным перпендикулярно отраженному свету. Игнорирование этого эффекта и простое моделирование пропорций света, которые отражаются и пропускаются, работают достаточно хорошо, когда есть только одна поверхность воды, но если цилиндрическая среда обитания имеет водоемы, которые занимают большие пропорции криволинейной поверхности, тогда данный луч сделает многократные отражения в широком диапазоне различных углов. Это означает, что доля отраженного света будет зависеть от ранее примененного к нему угла поляризации.

Существуют ли существующие подходы, которые включают такие эффекты, которые могут дать реалистичные изображения множественных отражений от искривленной водной поверхности? Им также необходимо моделировать рефракцию с поляризацией. Местами вода будет мелкой, поэтому я ожидаю, что поляризованная рефракция повлияет на результаты.

Если нет, могу ли я адаптировать существующий трассировщик лучей или для этого потребуется подход, начинающийся с нуля?

Я ищу реализм, чтобы обнаружить неожиданные эффекты, а не просто передать реалистичность случайному наблюдателю. Очевидно, что большинство наблюдателей (включая меня) не будут знать, какие эффекты искать, поскольку они не знакомы с повседневной жизнью, поэтому я ищу «разумно физически правильное», а не просто «убедительное».

Наиболее часто предлагаемым методом является исчисление Мюллера , которое сводится к отслеживанию параметров Стокса светового луча, чтобы представить поляризацию света, прошедшего вдоль этого луча. Луч может быть неполяризованным - параметры Стокса (1, 0, 0, 0) - или он может быть круговой или линейной поляризацией в различных направлениях, что является свойством света в совокупности. На поверхности свет рассеивается в соответствии с поляризацией, а вектор Стокса распространяется путем умножения его на матрицу Мюллера поверхности.

Вот статья Тошии Хачисуки о трассировке лучей при отслеживании поляризации света. Это кажется хорошим введением, и есть несколько ссылок, которые кажутся многообещающими. В статье приводятся доводы в пользу прямого отслеживания состояния поляризации луча: вместо совокупного представления индивидуально отслеживаются направление и частота двух гармонических колебаний данного светового луча. Это может иметь недостаток, заключающийся в том, что вам нужно больше образцов для точного воспроизведения поляризационных эффектов, но он может воспроизводить больше эффектов (в статье тонкопленочные помехи).