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物理学 > 光学

arXiv:2508.17386 (physics)
[提交于 2025年8月24日 ]

标题: 波追踪:将路径积分推广到波动光学

标题: Wave Tracing: Generalizing The Path Integral To Wave Optics

Authors:Shlomi Steinberg, Matt Pharr
摘要: 对光的波动性质以及电磁场的传播和衍射进行建模对于许多现象的精确模拟至关重要,然而波模拟比经典的基于光线的模型计算复杂得多。 在本工作中,我们首先分析光传输的经典路径积分公式,并严格研究它能够再现哪些波动光学现象。 然后,我们引入一种双线性路径积分推广方法,用于波动光学的光传输,该方法对路径之间的波干涉进行建模。 该公式涵盖了许多依赖于发射-反弹光线或UTD基衍射的现有方法,并有助于理解这些方法的挑战以及在双线性设置中采样良好路径的难度。 在此基础上,我们开发了一种基于区域到区域传输的弱局部路径积分,使用椭圆锥体允许采样仍能准确建模波效应的单个路径。 与经典的光传输方程的路径积分形式一样,我们的路径积分使得可以推导出多种实用的传输算法。 我们提出了一个完整的椭圆锥体波追踪系统,应用于渲染中的光传输以及复杂环境中长波辐射传播和衍射的高效模拟。
摘要: Modeling the wave nature of light and the propagation and diffraction of electromagnetic fields is crucial for the accurate simulation of many phenomena, yet wave simulations are significantly more computationally complex than classical ray-based models. In this work, we start by analyzing the classical path integral formulation of light transport and rigorously study which wave-optical phenomena can be reproduced by it. We then introduce a bilinear path integral generalization for wave-optical light transport that models the wave interference between paths. This formulation subsumes many existing methods that rely on shooting-bouncing rays or UTD-based diffractions, and serves to give insight into the challenges of such approaches and the difficulty of sampling good paths in a bilinear setting. With this foundation, we develop a weakly-local path integral based on region-to-region transport using elliptical cones that allows sampling individual paths that still model wave effects accurately. As with the classic path integral form of the light transport equation, our path integral makes it possible to derive a variety of practical transport algorithms. We present a complete system for wave tracing with elliptical cones, with applications in light transport for rendering and efficient simulation of long-wavelength radiation propagation and diffraction in complex environments.
主题: 光学 (physics.optics) ; 图形学 (cs.GR)
ACM 类: I.2.6
引用方式: arXiv:2508.17386 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2508.17386v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.17386
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Shlomi Steinberg [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 8 月 24 日 14:46:44 UTC (48,294 KB)
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