Разработка шейдеров воды и жидкостей для графики

Вода в играх часто выглядит как студень — слишком ровная, без пены и реалистичного волнения. Обычный шейдер с parallax mapping не даёт нужной глубины. Мы разрабатываем шейдеры воды и жидкостей, где каждый параметр заточен под платформу: от мобильных до PC и консолей. Реалистичная вода требует синхронизации нескольких систем: поверхностный шейдер с fresnel, нормал-мап анимация, foam маска, vertex displacement для волн и правильно настроенный underwater эффект. Каждая часть влияет на производительность, и баланс между качеством и frame budget — основная инженерная задача. Наш опыт: 30+ проектов с водными эффектами, гарантируем стабильный FPS на целевых устройствах. Инвестиции в кастомный шейдер окупаются за счёт оптимизации и уникального внешнего вида. Получите консультацию инженера с 7-летним опытом — свяжитесь с нами.

Какие параметры шейдера воды влияют на производительность?

Ключевые факторы: количество draw calls (batching), разрешение текстур (нормал-мапы, пена), использование Opaque Texture для рефракции, количество волновых компонентов в вершинном дисплейсменте. Для мобильных платформ критично: два scrolling normal map (256×256, ASTC 6x6), Fresnel на NDotL аппроксимации, foam через Depth Texture (без Opaque Texture), один Sine для волн — такой шейдер укладывается в 0.3ms на Galaxy A53.

Как создать кастомный шейдер воды для URP?

1. Выбор типа графа: для мобильных — Unlit с fake lighting через нормальную карту, что экономит vertex shader invocations. Для PC/console — Lit с PBR-параметрами.
2. Scrolling normal maps: два texture sample с разными UV tiling и направлениями scroll (Time + UV offset). Overlay или Blend Normal для объединения. Разные скорости scroll исключают повторение паттерна через ~5 секунд.
3. Fresnel эффект: нода Fresnel Effect + Lerp между двумя цветами воды (глубокий и мелкий). Exponent 2–5 для мягкого перехода. Для URP используем NDotL через Normal и View Direction — точнее встроенного Fresnel.
4. Depth Fade для пены: Scene Depth минус Fragment Position даёт относительную глубину. Smoothstep = маска foam у берега. Требует Opaque Texture (дополнительный blit pass) — для мобильных альтернатива: Depth Texture.
5. Vertex Displacement для волн: Sine нода по UV + Time с разными частотами/амплитудами для 2–3 волн. Суммируем с разными Direction — Gerstner wave approximation. Displacement 0.1–0.5 единицы, иначе z-fighting с объектами.

Почему custom шейдер лучше готового для стилизованной графики?

В HDRP начиная с последней стабильной версии Unity есть Water System — готовый high-quality компонент с tessellation, caustics, underwater. Но он не подходит для стилизованной (cartoon, cel-shading) графики: vertex-animated foam не поддерживается, Shader Graph customization ограничен Water surface нодами. Кастомный шейдер в ShaderGraph даёт полный контроль — от цвета до формы волн.

Что входит в разработку шейдера воды?

• Исходный шейдер в ShaderGraph/Amplify/HLSL с комментариями
• Настройки для целевых платформ (мобильные, PC, консоли)
• Документация по параметрам (Fresnel Exponent, скорость волн, цветовая гамма)
• Обучение вашей команды (1-2 часа онлайн)
• Поддержка в течение 30 дней после деплоя

Кейс: вода для мобильной игры (из нашей практики)

Мобильная 3D-стратегия на Unity LTS (URP Mobile). Требование: море на фоне, 60fps на mid-range Android. Ограничение: не более 0.5ms на water shader. Итоговый шейдер: два scrolling normal maps (256×256, ASTC), Fresnel на NDotL, foam через Depth Texture, один Sine для волн. Никакого reflection — только cube map на Specular. Frame cost: 0.3ms на Galaxy A53. Результат — стабильный 60fps без просадок. Unity Documentation: Optimizing Shaders for Mobile

Сроки и стоимость

Стоимость рассчитывается индивидуально после анализа вашей сцены и платформы. Закажите разработку шейдера воды для вашей игры — получите консультацию инженера с 7-летним опытом в геймдеве.

Технические нюансы для advanced

• Для рефракции на мобильных: fake refraction через нормальную карту с UV offset на backdrop plane — без grab pass, что экономит 0.5ms.
• Vertex displacement: использование Gerstner waves в вершинном шейдере (сумма 2–3 синусов) даёт реалистичное волнение без физики. Для LOD объектов — упрощённый вариант с одной волной.
• Пена: маска depth fade — один из самых дешёвых способов, но при сильном волнении добавляем noise texture для разрыва пены.

Как отличить рабочий шейдер от провального?

Программист добавляет в сцену воду — получает синий прямоугольник. Asset Store выдаёт устаревший ассет с артефактами на мобиле. Разработка шейдеров — это не просто натягивание текстуры, а сложная инженерная задача: нужно понимать depth buffer, семплировать нормали в несколько слоёв, организовывать foam на пересечении с геометрией. Без этого шейдер либо не работает, либо убивает FPS. Мы занимаемся профессиональной разработкой шейдеров и VFX более пяти лет — за это время прошли десятки проектов от инди до AAA. Однажды заказчик принёс сцену с водой из Asset Store: на мобильном устройстве она выдавала 12 FPS из-за отсутствия LOD и неправильного бэтчинга. Переписали шейдер под URP — получили 60 FPS с сохранением визуала. Подробнее о шейдерах

URP vs HDRP: что выбрать для вашего проекта?

Выбор Render Pipeline фиксируется на старте — шейдеры под HDRP не работают в URP и наоборот. Оцените компромиссы по таблице:

Вывод: URP даёт до +40% FPS на мобильных устройствах по сравнению с HDRP. Для мобильной RPG выбрали URP — на iPhone 8 получили стабильные 60 FPS без потери качества. HDRP оправдан на PC/консолях, где нужен фотореализм и встроенная Water System.

Разработка шейдеров в ShaderGraph: от воды до растительности

ShaderGraph — нодовый редактор без HLSL, но понимание «под капотом» обязательно. Разберём водный шейдер — он включает несколько техник.

Нормали с движением. Два слоя normal map, семплированных с разными скоростями и направлениями:

Time → Multiply (speed1) → Add → Sample Texture 2D (normalMap)
Time → Multiply (speed2) → Add → Sample Texture 2D (normalMap)
→ Normal Blend → Normal (фрагментный шейдер)

Два разнонаправленных слоя создают эффект бегущих волн без тайловой периодичности. Потребление — 2 texture samples, что вписывается в бюджет 40 draw calls для водной поверхности.

Глубина и foam. Через нод Scene Depth (в URP/HDRP opaque texture должна быть включена) получаем разницу между глубиной сцены и позицией фрагмента воды. Малая глубина (пересечение с берегом) → foam через Step/Smoothstep. Большая глубина → более насыщенный синий, выше непрозрачность. Foam добавляет 1-2 ms на GPU, но даёт реалистичную береговую линию.

Рефракция. Scene Color + смещение UV по normal map — дно «плывёт». Вода рендерится в Transparent очереди, после всей непрозрачной геометрии. Обязательно включать Opaque Texture в настройках URP, иначе рефракция не работает.

Fresnel и отражения. Fresnel Effect нод — вблизи нормали к камере поверхность прозрачнее, под острым углом отражает. Физически корректно для диэлектриков. Поверх Fresnel-маски добавляется кубмап или Reflection Probe. На мобильных платформах Reflection Probe заменяем на кубмап низкого разрешения (128x128) — экономия 1-2 ms.

Шейдер растительности. Анимация кустов и травы без физической симуляции — через вертексный шейдер. В ShaderGraph: берём XZ-координаты вершины как фазовый сдвиг, Time → Sine с разной фазой, умножаем на Vertex Color канал R (белый = качается, чёрный = закреплён к земле). Результат: трава качается волнами, основание фиксировано. Для «ветра при беге игрока» — добавляем CPU-параметр _PlayerPosition. Такой шейдер обрабатывает 100 000 вершин за 0.3 ms на iPhone 11.

VFX Graph: как управлять миллионами частиц на GPU

VFX Graph исполняется полностью на GPU через Compute Shaders. В отличие от Particle System (Shuriken), которая работает на CPU, здесь можно управлять миллионами частиц без нагрузки на CPU. Пример: взрыв с шрапнелью (200 частиц) на GPU занимает 0.05 ms, тогда как CPU Particle System той же сложности — 0.8 ms.

Граф делится на контексты: Spawn (burst, constant rate, event trigger), Initialize (начальные атрибуты), Update (гравитация, турбулентность, коллизии), Output (Quad, Mesh, Lit/Unlit, Distortion).

Пример: взрыв с шрапнелью

Spawn: Single Burst (count: 200)
  ↓
Initialize:
  Position: Sphere Volume (radius: 0.1)
  Velocity: Spherical * Random(5, 15)
  Size: Random(0.05, 0.3)
  Lifetime: Random(0.5, 2.0)
  Color: Gradient по lifetime (белый → оранжевый → серый)
  ↓
Update:
  Gravity (force: -9.8)
  Drag (coefficient: 0.2)
  Turbulence (intensity: 2.0)
  Collision (SDF сцены или Depth Buffer)
  ↓
Output Quad (Unlit):
  Texture: искра
  Blend Mode: Additive

Turbulence использует Noise Field — трёхмерный шум, частицы отклоняются органично. Flipbook анимации в Output контексте — анимация спрайта для каждой частицы. Для мобильных платформ снижаем количество частиц до 50 и отключаем Collision — экономия 3 ms.

Почему пост-обработка требует настройки под платформу?

Post-processing — эффекты на финальном изображении после основного рендера. В Unity через Volume систему (Local/Global Volume). Типичный стек для action-проекта:

Для мобильных платформ мы отключаем Motion Blur и SSAO, снижаем Bloom до 2-3 passes — итоговый бюджет пост-обработки 3-4 ms. На PC/HDRP стек может занимать 8-10 ms, но это компенсируется мощностью GPU.

Что входит в работу: от шейдера до поддержки

• Разработка кастомных шейдеров в ShaderGraph (URP / HDRP): вода, растительность, персонажные эффекты, голограммы, dissolve.
• VFX Graph эффекты: взрывы, огонь, дым, магия, окружение. Максимальная производительность — до 2 млн частиц на GPU при 60 FPS.
• Настройка и оптимизация Particle System (Shuriken) для мобильных платформ: замена на GPU-инстансы снижает draw calls на 70%.
• Построение Post-Processing стека под визуальный стиль проекта с замером времени рендера.
• Портирование шейдеров между URP и HDRP при смене пайплайна: среднее время 0.5-1 день на шейдер.
• Оптимизация VFX для целевой платформы: GPU instancing, LOD частиц, culling.

Deliverables: исходники шейдеров и VFX графов, документация по настройке, обучение команды (1 час консультации), поддержка в течение месяца после сдачи. Оценим проект за 1 рабочий день — свяжитесь с нами. Получите консультацию по вашему проекту — мы подберём оптимальное решение и назовём сроки.

Наш опыт и гарантии

Более 5 лет в геймдеве, 50+ проектов (мобильные, PC, консоли). Гарантируем, что шейдер будет работать на целевой платформе с заявленным FPS — если нет, дорабатываем бесплатно. Пример: для одной инди-студии переписали все шейдеры под URP — FPS на iPhone 8 вырос с 25 до 60, а бюджет времени на рендер сократился на 40%. Используем последние стабильные версии Unity (LTS) и Unreal Engine 5, работаем с Vulkan, Metal, DirectX 12.

Сравнение: готовый ассет из Asset Store часто требует доработки (совместимость, производительность) — кастомная разработка шейдеров обходится в 2-3 раза быстрее по времени, чем адаптация чужого кода. А шейдер, написанный с нуля под ваши задачи, даёт 100% контроль над производительностью и визуалом. Экономия бюджета на одном проекте достигает 30% за счёт отсутствия лишнего кода.

Этапы работы

1. Анализ: изучаем сцену, целевые платформы, требования к FPS. Фиксируем визуальные референсы.
2. Прототипирование: создаём шейдер/VFX граф, тестируем на референсном устройстве.
3. Интеграция: встраиваем в проект, настраиваем параметры, оптимизируем draw calls и batching.
4. QA: проверяем на всех целевых платформах (Android, iOS, PC, консоли), исправляем артефакты.
5. Деплой и передача: отдаём исходники, документацию, проводим обучение. Поддержка — 1 месяц.

Сроки: от 2 до 10 рабочих дней в зависимости от сложности. Стоимость рассчитывается индивидуально — пишите, оценим ваш проект. Закажите разработку шейдеров — получите готовый результат с гарантией производительности.