1975年，美国导演乔治·卢卡斯（George Lucas）筹备拍摄第一部《星球大战》，要实现电影中宏大的科幻场景需要使用大量特效技术。他当时向电影公司描述这部电影时说：

“我想做成一个动作电影，我想要做一个里面有宇宙飞船，我想要有很多短小的剪辑，充满节奏感和动作，我想要电影有特别的感觉。”

然而当时好莱坞不仅没有一家专门制作特效的公司，甚至大型制片公司里也没有独立的特效部门。当时负责给第一部《星球大战》做特效的初创公司工业光魔打破传统，冒着极大的风险创造了被认为不可能的特效技术。要知道 在《星战》之前，世界上不曾有过这种类型的电影 。

在早期电影特效时代，经常让艺术家手绘场景来增加范围和效果 ，一般是画在玻璃上的，比如宇宙环境以及外星基地之类的场景，拍摄之后和实拍素材结合在一起。

实拍素材还包括特殊布景或道具的特技（special effects，SFX），一些精细制作的模型，例如现场制造的爆炸或搭建机械模型，会先在蓝幕前拍摄。当年的宇宙飞船大都是这样拍出来的。 两相结合创造出以假乱真的太空场景，简直像魔术一般。

▲SFX中的机械模型

《星球大战》1977年上映获得空前成功，不仅获得奥斯卡最佳影片、最佳导演、最佳剧本等多个重量级提名，更是一举拿下最佳艺术指导、最佳服装设计、最佳视觉效果、最佳电影剪辑等六个技术类奖项。

但是，手工特效无法满足电影导演们想要和要求，他们希望在电影特效中加入更多的计算机技术。他们招来计算机图形学方面的专家用电脑做出CG（Computer Graphi）图像。

20世纪70年代，计算机图形学专家艾德·卡穆尔用电脑做出第一个CG图像—— 一只手的图像。现代电脑CG技术就从这只手开始。此后电脑绘图CG技术迅速发展起来。

第一个用计算机合成的电影视觉特效镜头：1982年《星际迷航：可汗之怒》中一个星球爆炸的场面。

第一个CG角色，1985年《少年福尔摩斯》中的彩色玻璃人。

第一个在银幕上实现像魔术一样变化的画面：1988年朗·霍华德导演的《风云际会》。

CG技术的迅速发展，也令电影人可以更加天马行空地创作。以前受限于技术的电影都有了拍摄的可能。

比如詹姆斯·卡梅隆导演的《终结者2》中的“水银人”T-1000：

比如《哈利·波特》中麦格教授变猫那样逼真的场面：

比如迪士尼动画电影中通过 CG 技术创造出来的所有角色：

五毛钱的特效可能随处可见，但好的特效，不仅费时费力，还很值钱。因为制作这些在电影中仅出现1秒钟的特效可能要花上几个月的时间。

虽然CG技术最广为人知的应用是在影视作品中，但 实际上应用该技术的研究几乎涉及到我们生活中与计算机有关的方方面面了 ，比如用户界面设计、渲染、光线跟踪、计算机动画、3D 建模、着色器、GPU 设计等等。例如宜家 70% 以上的场景图都是在电脑中建模渲染完成的，并且 CG 的商业应用还在呈逐年上升的趋势。

为什么 CG应用如此广泛？直观来讲，CG的主要目的是提供足够逼真的视觉效果。

这种视觉效果，最直接的的作用就是提供更好的感官体验——比如用 CG技术为电脑生成的图像加上一些「瑕疵」，使其更贴近我们在现实生活观察到的形象。 再比如在一些现代医学治疗中，由于一些植入产品需要根据患者的情况进行高度定制，CGI已经成为制定手术计划的一部分，用以对患者的器官进行精准建模。

在过去的半个世纪，CG以电影行业为起点，的确悄然无息将其影响力扩散到了电子游戏行业和 VR、AR 等行业，包括数据中心管理和人工智能在内的多个领域。 如果你对计算机图形学感兴趣，未来希望在 图像处理、游戏设计、电影制作等领域从业，成为一名炫酷的科研或技术人才 ，那么 加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学终身教授James O'Brien 带来的《 光线追踪原理的实现：图片电影游戏中的应用》（Ray Tracing） 课程一定会带给你惊喜。 

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课程导师

James O 'Brien是 加州大学伯克利分校的计算机科学终身教授 ，也是著名初创公司 Avametric首席科学官及创始人 ，并于2016年获得Khosla基金近十亿人民币估值。 

他的研究兴趣包括 图形学、计算机动画、模拟物理系统以及图像和视频的法医分析 。他在这些问题上写了论文。除了研究外，他也曾与电影及游戏公司合作，致力于 将 先进的模拟物理技术整合到游戏及特效中。他的破坏建模方法已经在100多部故事片和AAA级游戏中使用。 包括《哈利波特》、《钢铁之躯》、《300勇士:帝国的崛起》、《哥斯拉》、《少年派的奇幻漂流》、《沉睡魔咒》和《银河护卫队》。

2015年，美国电影艺术与科学学院(Acaemy of Motion Picture Arts an Sciences)以 技术成就奖 (Acaemy Awar for Technical Achievement)表彰了他在破坏模型方面的工作。 

2000年，他获得了佐治亚理工学院的博士学位，同年他加入了加州大学伯克利分校。O'Brien教授是 斯隆研究员 和 ACM杰出科学家 ，被选为 Technology Review的TR-100（35岁以下的前100名创新者）之一 ，并获得了来自Okawa和Hellman基金会的研究奖学金。他目前担任ACM SIGGRAPH总监 。

课程简介

光线追踪原理的实现：图片电影游戏中的应用

Ray Tracing

计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。计算机图形学的主要研究 内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法，通常应用于 计算机制作的图片和电影。这是一个广泛的、最近发展起来的计算机科学领域。 

在本课程中，学生将运用c++编程和有线性代数的基本知识， 学习光传输、图像生成、3D几何、透视投影、坐标变换和其他相关主题 。当他们完成项目，他们将有一个工作的渲染器，可以用来生成图像和动画。对于这个项目，学生将实现一个光线跟踪，可以用来渲染逼真的图像。光线跟踪代码将支持阴影，反射，折射，抗锯齿，镜头效果，纹理映射，和广泛的表面材料。   

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