Che cos'è l'illuminazione globale nei videogiochi?

L'illuminazione globale è una tecnologia di illuminazione per giochi 3D che cerca di rendere le scene più realistiche simulando il comportamento della luce quando rimbalza sulle superfici per illuminare gli oggetti vicini. Le tecniche più basilari si basano su quella che viene chiamata "illuminazione diretta", in cui una fonte di luce illumina un oggetto e nient'altro, il che non corrisponde al modo in cui la luce funziona nel mondo reale. Con l'illuminazione globale, o "illuminazione indiretta", la luce può rimbalzare su un oggetto e illuminare anche gli oggetti vicini, il che appare molto più realistico e naturale.

Immaginate una giornata di sole fuori, ma voi state guardando l'interno di una stanza buia con finestre lungo la parete, e quelle finestre hanno tende oscuranti. Quando sollevate le tende, la luce del sole comincia a inondare la stanza. Se utilizzaste tecniche di illuminazione di base, la luce colpirebbe il pavimento e avrebbe angoli netti dove illuminerebbe solo il pavimento, e sembrerebbe una finestra sul pavimento stesso, o un rettangolo di luce.

Con l'illuminazione globale, quella luce rimbalzerebbe e illuminerebbe il soffitto e il resto della stanza. In questa situazione, e nel mondo reale, il pavimento diventa una fonte di luce se ha abbastanza luce da passare agli oggetti vicini. Si può immaginare che la maggior parte della stanza sia illuminata abbastanza bene dalla luce che entra dalle finestre, invece che illuminare solo il pavimento. Potete vedere come appare nel video qui sotto.

L'aspetto dipende dal gioco e da come viene implementata l'illuminazione, quindi i risultati variano notevolmente. Ciò che non si vede molto spesso sono le ombre molto nette, poiché solitamente non è così che si comporta la luce nel mondo reale. Di seguito sono riportati tre esempi di come appare nei giochi moderni, in modo che possiate valutare voi stessi se ritenete che sia realistico o meno.

Questo gioco offre l'illuminazione globale e il ray tracing come opzioni per migliorarlo. Di seguito vi mostriamo come appare.

Per prima cosa, abbiamo disattivato il ray tracing e avviato il gioco con l'illuminazione globale impostata sia su LOW che su HIGH. Come potete vedere qui sotto, non c'è praticamente alcuna differenza visibile, con la lampada che proietta un'ombra molto netta e poco realistica intorno alla sua base, con una linea netta tra la zona illuminata e quella in ombra.

Successivamente abbiamo abilitato il ray tracing completo, noto anche come Path Tracing, e abbiamo lasciato l'illuminazione globale impostata su HIGH. La differenza è piuttosto notevole. Come potete vedere qui sotto, la luce ora è diffusa intorno alla base del pilastro che sostiene la lampada ed è molto diffusa, essenzialmente in tutta l'area, con la luce che rimbalza sulle pareti rocciose e illumina anche il pavimento. Le ombre nette che erano presenti prima sono scomparse, con le pareti rocciose intorno alla scena che riflettono la luce tutt'intorno.

Cyberpunk 2077 dispone del path tracing che consente l'illuminazione globale e, con il path tracing abilitato, vediamo un vivido esempio di illuminazione indiretta. I pilastri sul lato destro della scena sono quasi completamente neri con il ray tracing disabilitato, mentre si illuminano quando il path tracing è abilitato perché l'insegna sulla parete illumina il pavimento davanti a loro.

Questo gioco ha l'illuminazione globale integrata, ma c'è un'opzione per abilitare l'illuminazione diffusa indiretta con tracciamento dei raggi, che può aggiungere alcuni riflessi luminosi alle superfici. In questi screenshot, guarda il tubo sopra la fonte di luce mentre scorri avanti e indietro: puoi vedere come è quasi interamente illuminato con l'illuminazione indiretta abilitata.

Lo svantaggio principale è che solitamente è abbinato al ray tracing, quindi è necessaria una GPU potente per eseguire un gioco a 60 fps, anche se le tecnologie di upscaling e la generazione di frame possono essere d'aiuto. L'altro svantaggio è che questa tecnologia non è presente in molti giochi, poiché richiede una GPU potente e, se integrata, un grande lavoro da parte degli sviluppatori. In genere si trova solo in giochi single-player AAA come Cyberpunk, Indiana Jones, Metro Exodus, Avatar: Frontiers of Pandora e titoli simili.

Il vantaggio principale della Global Illumination è che rende i giochi più realistici. Calcola come la luce rimbalzerebbe e illuminerebbe gli oggetti vicini nel mondo reale, il che di solito dà ottimi risultati.

Non è così, e un modo per pensarla è che l'illuminazione globale è il risultato di un processo di rendering, e il ray tracing è solo uno dei modi per ottenere quel risultato finale, ma non è l'unico. Artisti e programmatori possono simulare questo effetto svolgendo un enorme lavoro preliminare per calcolare i rimbalzi della luce e poi integrare tale illuminazione nelle texture e negli ambienti del gioco. Se ciò richiede troppe risorse, possono affidarsi al ray tracing, che è in grado di farlo in tempo reale all'interno del gioco, ma questo comporta una notevole penalizzazione, poiché la maggior parte dei giocatori non possiede ancora hardware in grado di eseguire il ray tracing a 60 fps.