Réflexion et réfraction polarisantes pour un enroulement autour de la surface de l'eau

Je veux rendre des images réalistes de l'eau dans un habitat spatial en orbite. L'image n'a pas besoin d'être générée en temps réel, même si je ne voudrais pas qu'elle prenne des semaines non plus. Je recherche une approche capable de générer des images réalistes en quelques heures ou jours.

L'habitat est cylindrique avec la surface intérieure incurvée étant l'espace de vie. La rotation du cylindre autour de son axe fournit une approximation de la gravité. Je ne cherche pas de détails pour simuler la physique de cela, juste le rendu d'une image.

L'aspect spécifique que je veux connaître est la polarisation. La lumière réfléchie par la surface de l'eau est polarisée, laissant la lumière qui est passée dans l'eau polarisée perpendiculairement à la lumière réfléchie. Ignorer cet effet et modéliser simplement les proportions de lumière réfléchies et transmises fonctionne assez bien lorsqu'il n'y a qu'une seule surface d'eau, mais si l'habitat cylindrique a des plans d'eau qui occupent de grandes proportions de la surface courbe, alors un rayon donné fera réflexions multiples dans une large gamme d'angles différents. Cela signifie que la proportion de lumière réfléchie dépendra de l'angle de polarisation qui lui a été appliqué précédemment.

Existe-t-il des approches qui intègrent de tels effets qui pourraient donner des images réalistes de multiples réflexions à partir d'une surface d'eau incurvée? Ils devraient également modéliser la réfraction avec polarisation. L'eau sera peu profonde par endroits, donc je m'attends à ce que la réfraction polarisée influence les résultats.

Sinon, pourrais-je adapter un traceur de rayons existant ou faudrait-il une approche à partir de zéro?

Je recherche le réalisme pour découvrir des effets inattendus, pas seulement pour passer aussi réaliste à un observateur occasionnel. De toute évidence, la plupart des observateurs (y compris moi) ne connaîtront pas les effets à rechercher car ils ne sont pas familiers de la vie quotidienne, donc je recherche "raisonnablement physiquement correct" plutôt que simplement "convaincant".

La méthode la plus couramment suggérée semble être le calcul de Mueller , qui se résume à suivre les paramètres de Stokes d'un rayon lumineux pour représenter la polarisation de la lumière transmise le long de ce rayon. Un rayon peut être non polarisé - paramètres de Stokes de (1, 0, 0, 0) - ou il peut être polarisé de façon circulaire ou linéaire dans diverses directions, ce qui est une propriété de la lumière dans l'ensemble. A la surface, la lumière est diffusée en fonction de la polarisation et le vecteur de Stokes se propage en le multipliant par la matrice de Mueller de la surface.

Voici un résumé de Toshiya Hachisuka sur le traçage des rayons tout en suivant la polarisation de la lumière. Cela semble être une bonne introduction et plusieurs références semblent prometteuses. L'article plaide pour un suivi direct de l'état de polarisation du rayon: au lieu d'une représentation agrégée, le suivi individuel de la direction et de la fréquence des deux oscillations harmoniques d'un rayon lumineux donné. Cela peut avoir l'inconvénient d'avoir besoin de plus d'échantillons pour reproduire les effets de polarisation avec précision, mais il peut être capable de reproduire plus d'effets (dans l'article, interférence en couches minces).