Разработка шейдеров прозрачности для стекол AR-шлемов

Разработка шейдеров прозрачности для стекол AR шлемов в играх

Мы разрабатываем оптимизированные шейдеры для AR-шлемов, учитывающие особенности аддитивных дисплеев. Наш опыт включает проекты для HoloLens 2 и Magic Leap 2, где каждая голограмма должна быть чёткой и естественно вписываться в окружение. Без понимания физики дисплея шейдеры дают графику, которая либо неразличима в светлых помещениях, либо выглядит как мутное пятно на тёмных объектах.

HoloLens 2 и Magic Leap 2 — аддитивные дисплеи. Они не рисуют чёрный фон: голограммы накладываются прямо на то, что видит пользователь через стекло. Это фундаментально меняет логику шейдеров. «Прозрачность» здесь — не альфа-блендинг поверх виртуального фона, а буквальная прозрачность для реального мира, проходящего через линзы.

Почему стандартные шейдеры не подходят для AR-шлемов?

На аддитивном дисплее пиксель с цветом (0, 0, 0) — абсолютно прозрачный. Чёрный цвет буквально не излучает свет. Это значит, что тёмные участки голограммы не маскируют реальный мир — сквозь них всё видно. Для создания иллюзии непрозрачного объекта нужно, чтобы объект был достаточно ярким относительно окружающего освещения.

Следствие первое: стандартные шейдеры Unity с Rendering Mode = Opaque будут выглядеть не непрозрачными, а полупрозрачными, потому что их «тёмные» части — тени, AO, затемнённые грани — пропускают реальный мир насквозь. Шейдер для HoloLens должен минимизировать тёмные области. Ambient lighting нужно поднимать значительно выше физически корректных значений — на практике Environment Lighting Intensity Multiplier от 1.5 до 2.5 в зависимости от сцены.

Следствие второе: альфа-канал на аддитивном дисплее работает иначе. Alpha = 0 даёт полную прозрачность (не виден ни реальный мир, ни голограмма — пиксель просто не светится). Но промежуточные значения альфа используются для плавного появления/исчезновения голограммы, а не для смешения с задним планом. Нет никакого «заднего плана» кроме реального мира.

Как создать эффект прозрачного стекла в ShaderGraph?

Основная задача в играх для AR шлемов — создать эффект прозрачного стекла с контролируемой степенью помутнения. Например, защитный щит, который частично блокирует обзор, или иллюминатор космического корабля.

В ShaderGraph (URP) это строится так: базовый цвет объекта смешивается с Fresnel Effect для акцента на краях (стекло сильнее отражает под углом). Зона чистой прозрачности в центре — Alpha близко к нулю, края — Alpha выше через Smoothstep. На тёмном объекте за стеклом эффект будет заметен, на светлом — почти нет, потому что аддитивный дисплей не затемняет реальный мир.

Для эффекта «запотевшего стекла» используется Procedural Noise в качестве маски — она нарушает однородность прозрачности и создаёт органичный вид. Но нельзя использовать тёмные значения в noise-маске для «помутнения»: тёмные области просто станут прозрачными. Помутнение на аддитивном дисплее делается светлым цветом поверх, не тёмным.

Отдельный шейдер — окантовка объекта. Стандартный outline через Stencil или Normal Extrusion не работает хорошо на аддитивных дисплеях, потому что тёмная окантовка невидима. Нужен светящийся outline: Emission на контурных пикселях с интенсивностью 2–4, цвет — тёплый или насыщенный (синий, зелёный работают лучше красного из-за спектра аддитивного дисплея).

Работа с MRTK и Mixed Reality Toolkit

Для HoloLens разработка ведётся через MRTK (Mixed Reality Toolkit). Согласно официальной документации Microsoft, есть готовый MRTKStandardShader, оптимизированный под аддитивные дисплеи — он учитывает ограничения платформы и работает значительно лучше стандартного URP Lit шейдера. Но его возможности ограничены, и для кастомных эффектов нужно писать кастомные шейдеры с учётом тех же принципов.

Magic Leap 2 использует другой SDK — Magic Leap Unity SDK, — но физика дисплея та же: аддитивный, только более яркий. Шейдеры, написанные для HoloLens, в основном переносятся напрямую, но нужно пересматривать пороги ambient intensity из-за разной яркости дисплея. Экономия времени на отладку достигает 40% по сравнению с самостоятельной разработкой.

Кейс: интерфейс кабины с прозрачными экранами (из нашей практики)

В AR-симуляторе кабины самолёта нужно было реализовать приборные панели, которые видны поверх реального кресла пилота. Экраны должны выглядеть как стеклянные — с видимостью сквозь них реального оборудования за экраном.

Проблема: эмиссивные элементы интерфейса (шкалы, числа) были яркими и читаемыми. Но «подложка» экрана — тёмно-серый прямоугольник — была практически невидима (аддитивный дисплей не показывает тёмные цвета). Интерфейс висел «в воздухе» без рамки, которая давала бы ощущение физического экрана.

Решение: замена тёмной подложки на слабо светящуюся (Emission 0.15, цвет тёплый серый). Это добавило достаточно свечения, чтобы граница экрана была видна, но не настолько яркого, чтобы перекрывать реальный мир. Дополнительно — Fresnel на краях корпуса с интенсивностью 0.3 для акцента формы.

Процесс разработки шейдера под AR

1. Анализ платформы и требований — определяем целевое устройство (HoloLens 2, Magic Leap 2 и т.д.), требования к производительности и визуалу.
2. Проектирование шейдера — выбираем подход: кастомизация MRTKStandardShader или создание кастомного шейдера в ShaderGraph/HLSL.
3. Реализация — пишем шейдер, настраиваем параметры (ambient, emission, alpha).
4. Тестирование на устройстве — проверяем в реальных условиях освещения, оптимизируем draw calls и fill rate.
5. Деплой и сопровождение — передаём исходники, документацию, обучаем команду.

Что входит в работу

Сроки и стоимость

Стоимость разработки шейдера варьируется в зависимости от сложности, точную сумму рассчитываем после анализа вашего проекта — свяжитесь с нами для оценки. Мы гарантируем корректную работу на всех поддерживаемых устройствах и предоставляем исходные коды. Наш опыт — более 10 лет в геймдеве и AR, свыше 50 реализованных проектов. Получите консультацию прямо сейчас.