汽车前照灯的照明质量对于汽车的行车安全至关重要。自由曲面前照灯是最具发展潜力的前照灯之一。自由曲面前照灯是一个复杂的光学系统，其反射器是无法用数学方程来描述的自由曲面。自由曲面反射器的设计一直是前照灯设计中的一个难点，本文试图用计算机辅助设计来进行自由曲面前照灯的设计。 本文研究的内容主要包括光源建模、自由曲面反射器的设计和前照灯照明效果模拟三大部分。 在分析汽车前照灯光源的特点之后，采用了将圆柱状光源简化为一列点光源的方法。点光源发出的光在空间连续分布，这样的状态很难用数学方法来描述，论文的解决办法是，认为光源发出若干条光线，假定每条光线带有一定的光通量，则在空间连续分布的光通量就可以转化为离散的若干条光线。这样便将实际光源转化为抽象的数学模型。 自由曲面反射器的设计采用了光线追踪算法的原理。论文详细阐述了利用计算机进行自由曲面设计的原理和具体实现方法。论文最终提供的设计方法是，首先建立一张抛物面作为基础面，然后将此基础面细分为若干小单元，则每一个小单元可以近似看作一个小平面。考虑任一小平面，光线经该小平面反射后的走向是容易确定的，即小平面在25米投影屏上的像可以求出。用这个方法可得到整个反射面的成像。设计过程所要做的就是根据标准要求，调整相应的反射面区域的曲面形状，使总的成像最终达到标准的要求。论文给出了设计实例结果并进行了分析。 为了检验所设计的前照灯是否符合要求，首先建立了道路的空间模型，然后通过检查障碍物上的照度评估前照灯是否符合标准，对所设计的前照灯在道路模型中的照明效果进行了模拟，并对模拟结果进行了分析。前照灯的设计有越来越自由化的趋势，这要求新的反射器设计系统应当是一个基于光线仿真的系统，因此道路照明模拟在以后将不再只是一个检验的环节，而是整个设计中不可或缺的部分。