Дебелов В. А., Козлов Д. С. "ЛОКАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТА С ИЗОТРОПНЫМИ И ОДНООСНЫМИ ПРОЗРАЧНЫМИ СРЕДАМИ"

ЛОКАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕТА С ИЗОТРОПНЫМИ И ОДНООСНЫМИ ПРОЗРАЧНЫМИ СРЕДАМИ

Статья посвящена разработке локальной модели взаимодействия света с границей между изотропными и од-
ноосными кристаллами (средами). Преломляющие и отражающие свойства каждой среды определяются направ-
лением оптической оси (если есть) и спектрами преломления. Локальная модель описывает правила расчета
направлений, интенсивностей и состояний поляризации всех отраженных и преломленных лучей по соответст-
вующим параметрам падающего луча и свойствам граничащих сред. Разработанная локальная модель использует
понятие поляризованного луча, т. е. геометрического луча с интенсивностью и состоянием поляризации. Предло-
женный алгоритм расчета лучей позволяет вычислять параметры всех отраженных и преломленных лучей (может
образовываться до четырех лучей). В данной статье изотропные и одноосные среды рассматриваются вместе.
Корректность разработанной модели подтверждена попиксельным сравнением рассчитанного изображения сце-
ны, содержащей кристалл кальцита, с фотографией реальной сцены.

Ключевые слова: изотропный кристалл, одноосный кристалл, оптическая ось, поляризация света, оптическая
дисперсия, двойное лучепреломление, фотореалистическая визуализация, лучевая трассировка.

V. A. Debelov, D. S. Kozlov
A LOCAL MODEL OF LIGHT INTERACTION WITH ISOTROPIC AND UNIAXIAL TRANSPARENT MEDIA

The paper is devoted to the derivation of a local model of light interaction with a boundary of two transparent crystals
(media) with different optical characteristics (isotropic or uniaxial). Refracting and reflecting properties of each medium
are defined by the direction of the optical axis (if any) and refraction spectra. Local model describes a set of rules to calculate
directions, intensities and polarization states of all outgoing rays by corresponding attributes of an incoming ray and
optical properties of adjacent media. The developed model operates with the term of polarized ray, i.e. geometrical ray
with linked intensity and polarization state attributes. The suggested algorithm for calculation of rays allows calculating
properties of all reflected and refracted rays (up to 4 rays). In the paper, isotropic and uniaxial media are considered in a
similar manner. The correctness of the model is validated by comparison of a photo of a real uniaxial crystal with the corresponding
computed image.

Keywords: isotropic crystal, uniaxial crystal, optical axis, light polarization, optical dispersion, birefringence, photorealistic
rendering, ray tracing.

Вестник НГУ, серия "Информационные технологии", Том 10, Выпуск 1
Страницы 5-23