End-to-end Surface Optimization for Light Control

要約

目標の分布を達成するために光を反射または屈折させる自由曲面を設計することは、困難な逆問題です。
この論文では、光学表面メッシュのエンドツーエンドの最適化戦略を提案します。
私たちの定式化は、新しい微分可能なレンダリング モデルを活用しており、結果として得られる光の分布とターゲットの分布との差によって直接駆動されます。
また、設計表面の CNC フライス加工と研磨を容易にするために、製造要件に関連する幾何学的制約も強制します。
極小値の問題に対処するために、現在のメッシュとターゲット分布の間の面ベースの最適輸送問題を定式化します。これにより、面形状に効果的な大幅な変更が加えられます。
最適なトランスポートの更新とレンダリングに基づく最適化の組み合わせにより、ターゲットに非常に似た結果のイメージを備えた光学面設計が生成されます。また、最適化における製造上の制約は、レンダリング モデルと最終的な物理的結果の間の一貫性を確保するのに役立ちます。
私たちのアルゴリズムの有効性は、シミュレートされたレンダリングと物理プロトタイプの両方を使用して、さまざまなターゲット画像で実証されます。

要約(オリジナル)

Designing a freeform surface to reflect or refract light to achieve a target distribution is a challenging inverse problem. In this paper, we propose an end-to-end optimization strategy for an optical surface mesh. Our formulation leverages a novel differentiable rendering model, and is directly driven by the difference between the resulting light distribution and the target distribution. We also enforce geometric constraints related to fabrication requirements, to facilitate CNC milling and polishing of the designed surface. To address the issue of local minima, we formulate a face-based optimal transport problem between the current mesh and the target distribution, which makes effective large changes to the surface shape. The combination of our optimal transport update and rendering-guided optimization produces an optical surface design with a resulting image closely resembling the target, while the fabrication constraints in our optimization help to ensure consistency between the rendering model and the final physical results. The effectiveness of our algorithm is demonstrated on a variety of target images using both simulated rendering and physical prototypes.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google