水面を包むための偏光反射と屈折


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周回する宇宙の生息地で水のリアルな画像をレンダリングしたい。画像をリアルタイムで生成する必要はありませんが、数週間もかかることは望ましくありません。私は数時間または数日で現実的な画像を生成できるアプローチを探しています。

生息地は円筒形で、湾曲した内面が生活空間です。円柱の軸を中心とした回転は、重力の近似値を提供します。私はこれの物理学のシミュレーションの詳細を探しているのではなく、画像のレンダリングだけを探しています。

私が知りたい特定の側面は、偏光です。水面から反射された光は偏光され、水に入った光は反射光に対して垂直に偏光されます。この効果を無視して、反射および透過する光の割合を単純にモデリングすると、水面が1つしかない場合でも十分に機能しますが、円筒形の生息地に曲面の大部分を占める水域がある場合、特定の光線が生成されます広範囲の異なる角度での多重反射。つまり、反射される光の割合は、以前に適用された偏光角に依存します。

湾曲した水面からの複数の反射の現実的な画像を提供できるような効果を組み込んだ既存のアプローチはありますか?また、偏光を使用して屈折をモデル化する必要があります。水は場所によって浅くなるので、偏光屈折が結果に影響を与えると予想しています。

そうでない場合、既存のレイトレーサーを適応させることはできますか、またはゼロから始めるアプローチが必要ですか?

私は、臨時の観察者に現実的なものを渡すだけでなく、予期しない効果を発見するために、リアリズムを探しています。明らかに、ほとんどのオブザーバー(私を含む)は日常生活に馴染みがないため、探している効果を知りません。そのため、私は「説得力がある」よりも「合理的に物理的に正しい」を探しています。

回答:


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最も一般的に推奨される方法はミューラー計算であると思われます。これは、光線のストークスパラメーターを追跡して光線に沿って伝送される光の偏光を表すことに要約されます。光線は偏光されていない(ストークスパラメーター(1、0、0、0))か、さまざまな方向に円偏光または直線偏光されていることがあります。これは、集合体の光の特性です。表面では、光は偏光に応じて散乱され、ストークスベクトルは、表面のミュラー行列を乗算することにより伝播されます。

以下は、偏光を追跡しながらの光線追跡についての、八須賀俊也による記事です。それは良い入門のようであり、有望と思われるいくつかの参考文献があります。この記事では、光線の偏光状態を直接追跡することを主張しています。集計表現ではなく、特定の光線の2つの調和振動の方向と周波数を個別に追跡します。これには、偏光効果を正確に再現するためにより多くのサンプルが必要になるという欠点がありますが、より多くの効果を再現できる可能性があります(記事では、薄膜干渉)。

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