Cos’è il Ray Tracing e come funziona la tecnologia che rende i videogiochi iper-realistici

Il Ray Tracing è una tecnologia di computer grafica per la creazione e la gestione realistica di luci, ombre e riflessi utilizzata in ambito cinematografico e, di recente, implementata all'interno di alcuni videogiochi recenti e nelle grafiche 3D. Grazie al Ray Tracing è possibile ottenere una gestione naturale delle luci all'interno dei videogiochi per console o PC. Questo compito è tutt'altro che semplice e per ottenere ciò c'è bisogno di un concerto di algoritmi software ed ottimizzazione nella creazione del videogioco.

Come funziona il Ray Tracing

Per comprendere come funziona il Ray Tracing dobbiamo comprendere come la luce impatta su un oggetto nella realtà. Innanzitutto c'è bisogno di una sorgente luminosa che irradia dei fotoni, dopodiché, in base al materiale su cui la luce impatta, parte di quella luce verrà riflessa dall'oggetto e parte invece verrà rifratta (deviata quando passa da attraversare un mezzo, come l'aria, ad un altro) da esso. Per immaginare cosa significa che un fascio luminoso possa essere rifratto pensiamo al classico esperimento della matita all'interno di un bicchiere pieno d'acqua: se visto dall'esterno la matita sembrerà spezzata e ciò accade proprio perché la luce devia la sua traiettoria una volta colpita l'acqua.

Compreso quanto detto diviene evidente il materiale di cui sono costituiti gli oggetti in un gioco rappresenta un elemento fondamentale per simulare efficacemente l'impatto della luce su tali oggetti e ciò proprio perché in base al materiale andrà calcolata la percentuale di luce che esso dovrà riflettere ed in che modo. Un altro elemento fondamentale è l'angolo di incidenza quindi qual'è l'angolo che si forma tra sorgente luminosa ed oggetto impattato.

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Il Ray Tracing in un videogioco calcola tutto ciò: angolo di incidenza, riflettività del materiale e le ombre prodotte dagli oggetti 3D che compongono la scenografia, a rendere il tutto più incredibile vi è il fatto che ciò accade in diretta durante il gameplay.

Utilizzi e vantaggi del Ray Tracing nei videogiochi

Questa tecnologia fece i primi passi all'interno dell'industria videoludica per due fattori:

1. economico: il budget per produrre un film o una fiction è mediamente molto più alto rispetto a quello per sviluppare un videogioco;
2. computazionale: fino a pochi anni fa non era possibile che una console o un PC in ambito consumer potessero gestire questa complessità di calcolo in aggiunta alle risorse necessarie agli altri aspetti del gioco.

Grazie al Ray Tracing le ambientazioni all'interno del quale si muove il personaggio divengono più realistiche, il mondo di gioco "prende vita" consentendoci di godere di scorci mozzafiato e colpi d'occhio spettacolari. Chiaramente gestire tali calcoli richiede che la macchina che li esegue (PC o Console che essa sia) riservi parte della potenza computazionale al Ray Tracing e, di conseguenza, vedremo ridotti il numero di fotogrammi al secondo (FPS) con i quali il gioco verrà riprodotto.

Tra gli elementi che vengono migliorati nei giochi che supportano il Ray Tracing troviamo:

1. Ambienti più realistici;
2. Colori riprodotti fedelmente
3. Gestione ottimale delle luci e delle ombre associate agli elementi 3D presenti
4. Profondità di campo cinematografico (DOF)
5. Riflessi generati dalle superfici riflettenti

I videogiochi più popolare che fanno uso del Ray Tracing

A solo titolo esempio riportiamo alcuni tra i giochi più popolari che supportano questa tecnologia:

• Call of Duty: Black Ops Cold War
• Cyberpunk 2077.
• Spider-Man: Miles Morales
• Gran Turismo 7
• DOOM Eternal Dynamic
• Watch Dogs: Legion

Il futuro del Ray Tracing: il Path Tracing

Nonostante il Ray Tracing sia ancora considerabile una novità ed è implementato con successo solo su un numero ristretto di titoli (almeno in maniera godibile) in Rete si parla già del suo successore: il Path Tracing.

Possiamo considerare questa tecnologia come la naturale evoluzione del Ray Tracing in quanto estende le sue funzionalità andando a prendere in considerazione non più la singola sorgente luminosa ma piuttosto il modo in cui tutti gli elementi di un'intera scena visualizzata interagiscono con la luce dell'ambiente.

In altre parole nel Path Tracing viene analizzato l'intero percorso (“path”) che la luce compie dalla sorgente all'oggetto e vengono prese in considerazione anche le riflessioni luminose prodotte dall'ambiente circostante e come esse impattano sull'oggetto riprodotto a schermo.

Chiaramente questa tecnica richiede una potenza di calcolo ancora superiore rispetto al Ray Tracing e pertanto, al momento, non è disponibile su prodotti di ambito consumer come PC o Console.