本发明提供一种半离散最优传输下的光学自由曲面构造方法及系统，包括输入一张灰度图像，并构造目标域离散母点及测度；通过Icosphere球面生成算法生成源区域；初始化曲面参数；构造离散母点对应的圆锥曲面；构造圆锥曲面上包络，并构造源区域的胞腔分解；计算传输映射的能量函数及梯度；通过梯度下降算法更新更新曲面参数；循环直到能量函数达到极值，得到光学自由曲面解；通过曲面参数构造自由曲面三维模型，得到三维空间的离散自由曲面。本发明原理简单易懂，实现简单高效，通过半离散最优传输的凸几何求解方式，克服了光学自由曲面构造复杂求解困难的问题，为场景光照模拟技术提供了新的技术方案，同时也为工业界成像光学元件设计提供了新方案。