С "собственно водой" проблем нет (см первый пост) и все перечисленные Вами свойства работают. Но речь идет не о "просто воде" а скорее о "пене". Вряд ли она что-то преломляет. Блестит - да, ну это др тема. А вот поглощает свет она значительно больше чем просто вода.

Для имитации я бы попробовал бы такой подход (первое, что пришло в голову):

• Состояния макро-объектов оценивать не как точные численные значения, а как функторы от мико-объектов
• Численные значения постараться перевести в вероятности
• Для просчета состояний, соответственно, использовать fuzzy logic вместо булевой
• Естественно большую долю времени потратить на поиски закономерностей п.1, сделать джельтменский набор

Понимаю, сумбурно, но так рисует воображение 

Резоны те же: уменьшить количество данных для расчета/визуализации.

Вот поэтому, далекие точки мы можем укрупнять, объединяя с соседними, а для близких проверим каждую точку. А самые дальние или закрытые другими не будут учитываться совсем.

0.25 + 0.7 * 0.5 = 1 // так себе

Причем здесь перспектива? Я сейчас говорю про отбрасывание или укрупнение далеких объектов - LOD.

Вот поэтому я и предлагаю накапливать "плотность", что позволит не анализировать данные по всей длине куба, а остановиться на заданной глубине.

Ничего я не напутал. Там для этого указано "Так себе".

Да вы как-то не сосредоточились...

Пока я хочу предложить не использовать vector. 

Ну как же. Рендерить всю длину куба или первые несколько точек.
Предположим, что каждая капля поглощает 10% света. Тогда двигаясь по лучу мы можем остановиться на 10 капле, дальше смысла двигаться нет, свет уже и так полностью поглощен.

Если двигаемся по лучу, то мы не можем брать капли - они слишком малы чтобы пересечься с лучом, и их слишком много. Поэтому предлагается брать кубы дерева. Но тут вылазит проблема неоднородности их заполнения.

А на 10-й капле света останется еще много
alpha[0] = 0.1   // 10%
alpha[1] = 0.1 + 0.1 * (1 - 0.1) = 0.19
alpha[2] = 0.19 + 0.1 * (1 - 0.19) = 0.271
и.т.д.

Эта та же экспонента выраженная численно

Ну вот юзер захотел сделать пену как легкое, почти полностью прозрачное облачко. Как-то его ограничить - ну не видно как, ничего плохого он не хотел Поэтому в каких-то случаях придется считать и все точки. Но для таких случаев я могу сильно загрубить расчет света - ведь вес каждой точки мал.

Не вижу зачем здесь прилагать усилия, ведь иерархия кубов - по сути LOD. Точка далеко - ну прекрасно, просчитали 2-3 уровня, и все. Однако см картинку первого поста - вряд ли удастся что-то значительно сэкономить, все "достаточно близко".

С помощью "плотности куба" можно полностью отбрасывать незаполненные кубы. Например, есть удаленные от капли, с помощью LOD мы решаем, что они находятся в кубе со стороной 32 точки. Плотность такого куба будем минимальной и мы смело сможем отбросить его и эти пару капель. А если дистанция то этих капель будет меньше, размер рассматриваемого куба тоже будет меньше и плотность его будет выше.
Так же при визуализации, эту плотность можно суммировать и останавливать дальнейших ход луча.
Представьте гребень волны, реально мы видим тонкий слой воды, не середину, не тем более заднюю часть гребня мы не видим. Зачем нам рисовать эти точки?