Optimization of inverse reflector design

Abstract

Aquesta tesi presenta un nou mètode pel disseny invers de reflectors. Ens hem centrat en tres temes principals: l’ús de fonts de llum reals i complexes, la definició d’un algoritme ràpid pel càlcul de la il•luminació del reflector, i la definició d’un algoritme d’optimització per trobar més eficientment el reflector desitjat.

Les fonts de llum estan representades per models near-field, que es comprimeixen amb un error molt petit, fins i tot per fonts de llum amb milions de raigs i objectes a il•luminar molt propers. Llavors proposem un mètode ràpid per obtenir la distribució de la il•luminació d’un reflector i la seva comparació amb la il•luminació desitjada, i que treballa completament en la GPU. Finalment, proposem un nou mètode d’optimització global que permet trobar la solució en menys passos que molts altres mètodes d’optimització clàssics, i alhora evitant mínims locals.

This thesis presents new methods for the inverse reflector design problem. We have focused on three main topics: the use of real and complex light sources, the definition of a fast lighting simulation algorithm to compute the reflector lighting, and the definition of an optimization algorithm to more efficiently find the desired reflector.

The light sources are represented by near-field datasets, that are compressed with a low error, even with millions of rays and for very close objects. Then, we propose a fast method to obtain the outgoing light distribution of a reflector and the comparison with the desired one, working completely in the GPU. Finally, a new global optimization method is proposed to search the solution in less steps than most other classic optimization methods, also avoiding local minima.