直接设计方法（direct design method），工学-光学工程-成像系统和成像过程-成像基础-自由曲面光学-主动设计方法，根据系统的物像关系与结构要求，直接设计满足一定要求的非球面或自由曲面的技术。传统的非球面或者自由曲面系统的设计，首先找到满足一定要求的初始结构，然后逐步优化得到设计结果。这种方法符合一般的设计思路。但是由于非球面与自由曲面成像系统的结构一般比较特殊，大多用于离轴非对称结构，而且系统参数指标较高，很难在已有系统或者专利库中找到合适的初始结构。如此会造成后续的优化设计十分困难，耗时极长，甚至失败。另一种传统思路的设计方法是根据高斯光学与初级像差理论得到满足一定要求的系统，但是这种方法大多适用于同轴系统，与设计要求往往相差较多，对于非球面/自由曲面系统设计不太适用。科研工作者们提出了一系列的主动设计方法，即根据系统的物像关系与结构要求，通过求解微分方程或者通过逐点方法等直接设计满足一定要求的非球面或自由曲面，得到的系统可以作为后续软件优化的良好初始结构。常用的主动设计方法包括：偏微分方程设计方法、多曲面同步设计方法、基于逐点构建与迭代的自由曲面设计方法等。