Polarização de reflexão e refração para um envoltório em torno da superfície da água

Quero renderizar imagens realistas da água em um habitat espacial em órbita. A imagem não precisa ser gerada em tempo real, embora eu também não queira levar semanas. Estou procurando uma abordagem que possa gerar imagens realistas em horas ou dias.

O habitat é cilíndrico, com a superfície interna curva sendo o espaço de convivência. A rotação do cilindro em torno de seu eixo fornece uma aproximação da gravidade. Não estou procurando detalhes para simular a física disso, apenas a renderização de uma imagem.

O aspecto específico que quero conhecer é a polarização. A luz refletida na superfície da água é polarizada, deixando a luz que passa na água polarizada perpendicularmente à luz refletida. Ignorar esse efeito e simplesmente modelar as proporções de luz refletidas e transmitidas funciona razoavelmente bem quando há apenas uma superfície da água, mas se o habitat cilíndrico tiver corpos de água que ocupam grandes proporções da superfície curva, um determinado raio fará reflexões múltiplas em uma ampla gama de ângulos diferentes. Isso significa que a proporção de luz refletida dependerá do ângulo de polarização aplicado anteriormente a ela.

Existem abordagens existentes que incorporam tais efeitos que podem fornecer imagens realistas de múltiplas reflexões a partir de uma superfície curva da água? Eles também precisariam modelar a refração com polarização. A água será rasa em alguns lugares, então estou esperando que a refração polarizada influencie os resultados.

Caso contrário, eu poderia adaptar um traçador de raios existente ou isso precisaria de uma abordagem a partir do zero?

Estou procurando realismo para descobrir efeitos inesperados, não apenas para passar o realismo a um observador casual. Obviamente, a maioria dos observadores (inclusive eu) não saberá os efeitos a serem procurados, uma vez que não estão familiarizados com a vida cotidiana, então estou procurando "razoavelmente fisicamente correto" em vez de apenas "convincente".

O método mais sugerido parece ser o cálculo de Mueller , que se resume ao rastreamento dos parâmetros de Stokes de de um raio de luz para representar a polarização da luz transmitida ao longo desse raio. Um raio pode não ser polarizado - parâmetros de Stokes de (1, 0, 0, 0) - ou pode ser polarizado circular ou linearmente em várias direções, o que é uma propriedade da luz no agregado. Na superfície, a luz é espalhada de acordo com a polarização e o vetor Stokes é propagado pela multiplicação pela matriz Mueller da superfície.

Aqui está um artigo de Toshiya Hachisuka sobre rastreamento de raios ao rastrear a polarização da luz. Parece uma boa introdução, e há várias referências que parecem promissoras. O artigo defende o rastreamento direto do estado de polarização do raio: em vez de uma representação agregada, o rastreamento individual da direção e da frequência das duas oscilações harmônicas de um determinado raio de luz. Isso pode ter a desvantagem de que você precisa de mais amostras para reproduzir com precisão os efeitos de polarização, mas pode reproduzir mais efeitos (no artigo, interferência de película fina).