偏振反射和折射,可包裹水面


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我想在环绕轨道的栖息地中渲染逼真的水。该图像不需要实时生成,尽管我也不想花费数周的时间。我正在寻找一种可以在数小时或数天内生成逼真的图像的方法。

栖息地是圆柱形的,弯曲的内表面是生活空间。圆柱体绕其轴线的旋转提供了重力的近似值。我不是在寻找模拟物理过程的细节,而只是在寻找图像的渲染。

我想了解的特定方面是极化。从水表面反射的光被偏振,使进入水中的光垂直于反射光偏振。在只有一个水表面的情况下,忽略这种影响并简单地对反射和透射的光的比例进行建模就可以很好地工作,但是如果圆柱状栖息地的水体占曲面的比例很大,那么给定的光线将使多种不同角度的多次反射。这意味着被反射的光的比例将取决于先前施加给它的偏振角。

是否有现成的方法结合了这种效果,可以从弯曲的水表面产生逼真的多重反射图像?他们还需要对偏振模型进行建模。在某些地方水会很浅,所以我希望偏振折射会影响结果。

如果没有,我可以改用现有的光线跟踪器,还是需要从头开始?

我正在寻找现实主义,以便发现意想不到的效果,而不仅仅是将现实主义传递给随便的观察者。显然,大多数观察者(包括我)都不知道要寻找的效果,因为他们对日常生活并不熟悉,因此我在寻找“在生理上正确的方式”,而不仅仅是“令人信服”。

Answers:


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最常用的方法似乎是Mueller演算,它归结为跟踪光线的Stokes参数以表示沿该光线传输的光的偏振。射线可能是非偏振的(斯托克斯参数为(1、0、0、0)),也可能是沿各种方向的圆偏振或线偏振的,这是聚合中光线的一个特性。在表面上,光根据偏振发生散射,斯托克斯矢量通过与表面的Mueller矩阵相乘而传播。

这是桥冢俊矢(Toshiya Hachisuka)撰写的有关光线追踪同时跟踪光偏振的文章。这似乎是一个很好的介绍,并且有几篇参考文献似乎很有希望。该文章主张直接跟踪光线的偏振态:代替聚合表示,分别跟踪给定光线的两次谐波振荡的方向和频率。这可能具有以下缺点:您需要更多的样本才能准确地再现偏振效果,但是它可能能够再现更多的效果(在本文中,为薄膜干涉)。

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