Para entender isso tem que voltar para consoles mais antigos, onde fica mais simples de ver isso, como... Gran Turismo 1, de PS1. Numa das pistas noturnas, percebe-se que há postes com luzes e estas chegam ao chão, certo? Na nossa cabeça, o "funcionamento" se dá da maneira real, ou seja, o poste tem uma lâmpada que emite luz e esta luz reflete no chão, correto? Se sim, porque quando o carro passa por debaixo desse poste, a luz não "bate" nele?
A resposta é: Porque não existe luz. No poste existe um "brilho" e no chão há uma mancha no formato da luz, apenas isso, por isso o carro não reflete nem brilha ao passar por lá debaixo, não existe luz. Fica mais claro de perceber isso quando se vê o modo Hi-Fi (modo no GT1 onde se reduz a quantidade de polígonos a ser processado para permitir o console rodar 60FPS), onde há postes mas não lâmpadas, e mesmo assim o brilho de uma luz continua no chão.
sete anos depois, HL2 (e muitos outros jogos) já sabiam "fingir" melhor a existência da luz, mas é tudo pré-programado, não existe luz, percurso dela ou ausência dela, isso é a rasterização. Tanto que locais escuros, como quinas e cantos, naturalmente não são iluminados porque não existe percurso de luz (isso é fácil de perceber em qualquer jogo 3D pré PS360), logo não se sabe onde e como vai existir uma sombra, e por isso elas são moldadas estáticamente de acordo com a habilidade dos desenvolvedores: tamanho, intensidade, volume... soft-shadows, backed-shadows, ambient occlusion e afins são tudo gambiarras para simular luz.
Alias, simular luz é tão custoso a nível computacional que desde sempre os jogos trabalham com o oposto: a sombra. Não à toa as unidades das placas de videos processam "shaders", sombreamento, as placas manipulam e calculam sombras (junto com geometrias, manipulações vetoriais, matrizes e muitas outras coisas). Luz sempre foi imaginário nos jogos, com técnicas que simulam ele e de forma estática.
Mas vamos avançar no tempo, ray-tracing, ou traçados de raio. O nome já deixa claro: Ao invés de eu criar e manipular sombras, agora elas serão um resultado obtido, eu direi um ponto de onde uma luz surgirá, direi a velocidade que ela percorre cada tipo de objeto e ambiente, e o índice de reflexão e refração que cada ambiente ou objeto dará para interagir com essa luz. O que ficar no percurso dessa luz criará, no sentido oposto da direção dela, a sombra (ou melhor, a ausência de luz), que nunca será plena (100% escura) porque a luz sempre rebate em outros objetos (bounces). Percebeu o quão computacionalmente complexo e custoso é o ray-tracing? Agora imagine isso em tempo real.
Claro, é impossível. Então como estamos jogando com essa opção ligada? Simples, atalhos. Primeiro, não é emitido várias fontes de luzes, uma ou duas no máximo; segundo, a quantidade de "quicadas" é limitada ou inexistente, a luz bate em um canto e fica lá, não reflete; terceiro, o jogo não utiliza RT em tudo, mas sim apenas em alguma parte da execução do pipeline gráfico: Alguns jogos usam RTRT apenas para as sombras, outros para apenas reflexos, outros para o HDR, outros para ressaltar/interagir com texturas, ...
A grande vantagem do RT não é atenuar a "beleza gráfica", isso ainda conseguimos só com a rasterização, e sim a "realidade gráfica"... deu para perceber a diferença? Nem sempre o que é bonito, é real. O RT faz o percurso correto da luz, de acordo com os objetos existentes na cena, então de qualquer ângulo você verá algo, pois todo o ambiente está sendo calculado, enquanto que na rasterização apenas o ponto de vista do personagem é processado, o resto não importa. Além da realidade, o RT trás outra vantagem: Facilidade na programação.
Hoje está muito custoso criar um jogo, e quanto mais realista o jogo, maior a habilidade dos programadores para fingir a existência da luz. Com o RT isso não existe, vai se perder um grande tempo definindo materiais e suas propriedades, mas uma vez que tudo seja atribuído, basta iniciar o raio e toda a cena surge, de forma dinâmica, sem precisa se preocupar com ponto de vista, inclinação da câmera, espelhos, águas, quinas, ... tudo vai ter a iluminação e sombreamento corretos, de forma dinâmica, dependendo apenas da potência do hardware de melhorar a precisão dessa iluminação.
Por fim, o Path-tracing. Basicamente é mesma coisa que o RT, mas sem se limitar a apenas um ponto de luz e sem ser específico (ou reflexo, ou sombra, ou...), é o todo, uma literal iluminação global, por isso seu peso exorbitante, ao invés de eu calcular a emissão e observar o percurso da luz, eu crio e calculo o caminho que cada raio dará, dando maior precisão e realismo a cada trajeto emitido (um ponto de luz pode emitir infinitos percursos, ou caminhos (path), logo infinitos pontos resultam em um poder computacional impossível de se ter, então o path-tracing que temos também é limitado, e com 'hacks' para permitir rodar ele a mais de 1 quadro por segundo em alguns jogos).