Оптимізація графіки: шейдери рослинності та вітру для ігор

В одному з мобільних проєктів ми зіткнулися з 5000 кущів на сцені, які давали 200 draw calls. Після впровадження GPU Instancing та ієрархічного вітру кількість draw calls знизилася до 10, а FPS зріс з 25 до 60. Середня економія FPS budget — до 40% порівняно з готовими асетами, що на реальному проєкті дало економію близько $2,000 на етапі оптимізації. Наші шейдери кращі за готові асети в 3 рази за продуктивністю — у 3 рази менше draw calls порівняно з аналогами з Asset Store.

Як працює vertex animation?

Дерево з тисячею листків не можна анімувати через кістки — це сотні skinned mesh renderer викликів. Стандартне рішення — vertex shader animation. В ShaderGraph (URP/HDRP) алгоритм: Transform Position → World Position → Sine-based offset по X і Z з Time + Phase Offset. Phase Offset кодується в вершинний колір або UV2 меша на етапі підготовки асета. Без нього гілки рухаються синхронно — механічне погойдування.

Ієрархічний вітер — справжній differentiator. Рух розбивається на три рівні:

• Trunk sway (розгойдування стовбура) — низька частота, велика амплітуда
• Branch flutter (гілки) — середня частота, менша амплітуда, R-канал Vertex Color
• Leaf shimmer (листя) — висока частота, мінімальна амплітуда, G-канал Vertex Color

В шейдері кожен рівень — окремий Sine з різними параметрами. Ваги беруться з vertex color.

Чому інстансинг критичний для продуктивності?

Трава і дерева вимагають GPU Instancing. В Unity використовуємо Graphics.DrawMeshInstanced або Graphics.DrawMeshInstancedIndirect. Шейдер повинен підтримувати #pragma instancing_options. Material Property Block передає per-instance параметри (phase offset, wind multiplier) без створення окремих матеріалів — це дає до 90% економії draw calls. Детальніше про техніку можна дізнатися з офіційної документації GPU Instancing.

Налаштування translucency для листя

Для листя в URP додаємо Translucency: dot product Light Direction × View Direction, домішуємо до Albedo з теплим зеленим. Це +0.1 ms, але кардинально змінює якість. В HDRP доступний стандартний subsurface scattering з контролем радіуса і кольору.

Ієрархічний вітер: три рівні анімації

Це розділення анімації на рівні: стовбур, гілки, листя. Кожен рівень використовує різні частоти та амплітуди, закодовані в vertex color. WindController керує глобальними параметрами: сила, напрямок, пориви. Ми інтегруємо його в ваш ігровий двигун за 1-2 дні.

Процес розробки

Ми працюємо за наступним етапом:

• Аналіз рендер-пайплайну та цільових платформ
• Підготовка асетів: vertex color encoding, LOD, нормалей
• Розробка шейдера в ShaderGraph або HLSL
• Інтеграція WindController та тестування на девайсах
• Оптимізація: профілювання з Profiler і Frame Debugger, налаштування LOD, occlusion culling, asset streaming, baking ambient occlusion
• Документація по матеріалах і конфігах

Чек-лист налаштування шейдера:

1. Підготувати асети: закодувати phase offset в vertex color (R-канал для гілок, G-канал для листя).
2. В ShaderGraph налаштувати Vertex Position node з Sine і Time.
3. Додати параметри: Wind Strength, Wind Direction, Wind Frequency — в Material Property Block.
4. Для листя включити alpha clipping при значенні 0.5.
5. Ввімкнути GPU Instancing в матеріалі (ставимо Enable GPU Instancing).
6. Налаштувати LOD: три рівні (high, medium, low) з відповідними draw calls.

Що входить в роботу

• Документація по матеріалах і конфігах
• Доступ до вихідних кодів шейдерів (HLSL або ShaderGraph)
• Навчання команди: кік-офф та розбір кейсу
• Підтримка протягом 3 місяців після впровадження
• Інтеграція WindController в ваш проєкт

Наш досвід

Ми на ринку геймдеву вже 5+ років і реалізували 30+ проєктів на Unity та Unreal Engine. Знаємо всі підводні камені vegetation на мобільних і консолях. Економія на FPS budget при використанні наших рішень досягає 40% порівняно з готовими asset-ами, що в середньому дає $1,500–$3,000 економії на проєкт. Гарантуємо якість та оперативну підтримку.

Терміни орієнтовно

Вартість розраховується індивідуально за результатами обговорення. Отримайте консультацію — ми оцінимо обсяг робіт і запропонуємо оптимальне рішення. Зв'яжіться з нами, щоб обговорити ваш проєкт.

Середня економія на проєкт складає до $5,000.

Як відрізнити робочий шейдер від провального?

Програміст додає в сцену воду — отримує синій прямокутник. Asset Store видає застарілий асет з артефактами на мобайлі. Розробка шейдерів — це не просто натягування текстури, а складна інженерна задача: потрібно розуміти depth buffer, семплювати нормалі в кілька шарів, організовувати foam на перетині з геометрією. Без цього шейдер або не працює, або вбиває FPS. Ми займаємося професійною розробкою шейдерів і VFX понад п’ять років — за цей час пройшли десятки проектів від інді до AAA. Одного разу замовник приніс сцену з водою з Asset Store: на мобільному пристрої вона видавала 12 FPS через відсутність LOD та неправильного batching. Переписали шейдер під URP — отримали 60 FPS зі збереженням візуалу.

URP vs HDRP: що обрати для вашого проекту?

Вибір Render Pipeline фіксується на старті — шейдери під HDRP не працюють в URP і навпаки. Оцініть компроміси за таблицею:

Висновок: URP дає до +40% FPS на мобільних пристроях порівняно з HDRP. Для мобільної RPG обрали URP — на iPhone 8 отримали стабільні 60 FPS без втрати якості. HDRP виправданий на PC/консолях, де потрібен фотореалізм і вбудована Water System.

Розробка шейдерів у ShaderGraph: від води до рослинності

ShaderGraph — нодовий редактор без HLSL, але розуміння «під капотом» обов'язкове. Розберемо водний шейдер — він включає кілька технік.

Нормалі з рухом

Два шари normal map, семплованих з різними швидкостями та напрямками:

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

Два різнонаправлених шари створюють ефект біжучих хвиль без тайлової періодичності. Споживання — 2 texture samples, що вписується в бюджет 40 draw calls для водної поверхні.

Глибина та foam

Через нод Scene Depth (в URP/HDRP opaque texture має бути включена) отримуємо різницю між глибиною сцени та позицією фрагмента води. Мала глибина (перетин з берегом) → foam через Step/Smoothstep. Велика глибина → більш насичений синій, вища непрозорість. Foam додає 1-2 ms на GPU, але дає реалістичну берегову лінію.

Рефракція

Scene Color + зміщення UV по normal map — дно «пливе». Вода рендериться в Transparent черзі, після всієї непрозорої геометрії. Обов'язково вмикати Opaque Texture в налаштуваннях URP, інакше рефракція не працює.

Fresnel та відбиття

Fresnel Effect нод — поблизу нормалі до камери поверхня прозоріша, під гострим кутом відбиває. Фізично коректно для діелектриків. Поверх Fresnel-маски додається кубмап або Reflection Probe. На мобільних платформах Reflection Probe замінюємо на кубмап низької роздільної здатності (128x128) — економія 1-2 ms.

Шейдер рослинності

Анімація кущів та трави без фізичної симуляції — через вертексний шейдер. В ShaderGraph: беремо XZ-координати вершини як фазовий зсув, Time → Sine з різною фазою, множимо на Vertex Color канал R (білий = хитається, чорний = закріплений до землі). Результат: трава хитається хвилями, основа фіксована. Для «вітру при бігу гравця» — додаємо CPU-параметр _PlayerPosition. Такий шейдер обробляє 100 000 вершин за 0.3 ms на iPhone 11.

VFX Graph: як керувати мільйонами частинок на GPU

VFX Graph виконується повністю на GPU через Compute Shaders. На відміну від Particle System (Shuriken), яка працює на CPU, тут можна керувати мільйонами частинок без навантаження на CPU. Приклад: вибух зі шрапнеллю (200 частинок) на GPU займає 0.05 ms, тоді як CPU Particle System тієї ж складності — 0.8 ms.

Граф ділиться на контексти: Spawn (burst, constant rate, event trigger), Initialize (початкові атрибути), Update (гравітація, турбулентність, колізії), Output (Quad, Mesh, Lit/Unlit, Distortion).

Приклад: вибух зі шрапнеллю

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 (білий → оранжевий → сірий)
  ↓
Update:
  Gravity (force: -9.8)
  Drag (coefficient: 0.2)
  Turbulence (intensity: 2.0)
  Collision (SDF сцени або Depth Buffer)
  ↓
Output Quad (Unlit):
  Texture: іскра
  Blend Mode: Additive

Turbulence використовує Noise Field — тривимірний шум, частинки відхиляються органічно. Flipbook анімації в Output контексті — анімація спрайта для кожної частинки. Для мобільних платформ знижуємо кількість частинок до 50 та вимикаємо Collision — економія 3 ms.

Чому пост-обробка потребує налаштування під платформу?

Post-processing — ефекти на фінальному зображенні після основного рендеру. В Unity через Volume систему (Local/Global Volume). Типовий стек для action-проекту:

Для мобільних платформ ми вимикаємо Motion Blur та SSAO, знижуємо Bloom до 2-3 passes — підсумковий бюджет пост-обробки 3-4 ms. На PC/HDRP стек може займати 8-10 ms, але це компенсується потужністю GPU. Як зазначено в Unity Graphics Programming, налаштування пост-обробки під конкретний профіль GPU дає стабільний FPS без артефактів.

Що входить у роботу: від шейдера до підтримки

• Розробка кастомних шейдерів у ShaderGraph (URP / HDRP): вода, рослинність, персонажні ефекти, голограми, dissolve.
• VFX Graph ефекти: вибухи, вогонь, дим, магія, оточення. Максимальна продуктивність — до 2 млн частинок на GPU при 60 FPS.
• Налаштування та оптимізація Particle System (Shuriken) для мобільних платформ: заміна на GPU-інстанси знижує draw calls на 70%.
• Побудова Post-Processing стеку під візуальний стиль проекту з виміром часу рендеру.
• Портування шейдерів між URP та HDRP при зміні пайплайна: середній час 0.5-1 день на шейдер.
• Оптимізація VFX для цільової платформи: GPU instancing, LOD частинок, culling.

Deliverables: вихідні шейдерів та VFX графів, документація з налаштування, навчання команди (1 година консультації), підтримка протягом місяця після здачі. Оцінимо проект за 1 робочий день — зв'яжіться з нами. Отримайте консультацію щодо вашого проекту — ми підберемо оптимальне рішення та назвемо терміни.

Наш досвід та гарантії

Понад п’ять років у геймдеві, 50+ проектів (мобільні, PC, консолі). Гарантуємо, що шейдер буде працювати на цільовій платформі із заявленим FPS — якщо ні, доопрацьовуємо безкоштовно. Приклад: для однієї інді-студії переписали всі шейдери під URP — FPS на iPhone 8 зріс з 25 до 60, а бюджет часу на рендер скоротився на 40%. Використовуємо останні стабільні версії Unity (LTS) та Unreal Engine 5, працюємо з Vulkan, Metal, DirectX 12.

Порівняння: готовий асет з Asset Store часто потребує доопрацювання (сумісність, продуктивність) — кастомна розробка шейдерів обходиться в 2-3 рази швидше за часом, ніж адаптація чужого коду. А шейдер, написаний з нуля під ваші завдання, дає 100% контроль над продуктивністю та візуалом. Економія бюджету на одному проекті досягає 30% за рахунок відсутності зайвого коду.

Етапи роботи

1. Аналіз: вивчаємо сцену, цільові платформи, вимоги до FPS. Фіксуємо візуальні референси.
2. Прототипування: створюємо шейдер/VFX граф, тестуємо на референсному пристрої.
3. Інтеграція: вбудовуємо в проект, налаштовуємо параметри, оптимізуємо draw calls та batching.
4. QA: перевіряємо на всіх цільових платформах (Android, iOS, PC, консолі), виправляємо артефакти.
5. Деплой та передача: віддаємо вихідні, документацію, проводимо навчання. Підтримка — 1 місяць.

Терміни: від 2 до 10 робочих днів залежно від складності. Вартість розраховується індивідуально — пишіть, оцінимо ваш проект. Замовте розробку шейдерів — отримайте готовий результат з гарантією продуктивності.