Розробка шейдерів води та рідин для графіки

Вода в іграх часто виглядає як холодець — надто рівна, без піни та реалістичного хвилювання. Звичайний шейдер з parallax mapping не дає потрібної глибини. Ми розробляємо шейдери води та рідин, де кожен параметр заточений під платформу: від мобільних до PC і консолей. Реалістична вода вимагає синхронізації кількох систем: поверхневий шейдер з fresnel, нормал-мап анімація, foam маска, vertex displacement для хвиль та правильно налаштований underwater ефект. Кожна частина впливає на продуктивність, і баланс між якістю та frame budget — основне інженерне завдання. Наш досвід: 30+ проєктів з водними ефектами, гарантуємо стабільний FPS на цільових пристроях. Інвестиції в кастомний шейдер окупаються за рахунок оптимізації та унікального зовнішнього вигляду. Отримайте консультацію інженера з 7-річним досвідом — зв'яжіться з нами.

Які параметри шейдера води впливають на продуктивність?

Ключові фактори: кількість draw calls (batching), роздільна здатність текстур (нормал-мапи, піна), використання Opaque Texture для рефракції, кількість хвильових компонентів у вершинному дисплейсменті. Для мобільних платформ критично: два scrolling normal map (256×256, ASTC 6x6), Fresnel на NDotL апроксимації, foam через Depth Texture (без Opaque Texture), один Sine для хвиль — такий шейдер вкладається в 0.3ms на Galaxy A53.

Як створити кастомний шейдер води для URP?

1. Вибір типу графа: для мобільних — Unlit з fake lighting через нормальну карту, що економить vertex shader invocations. Для PC/console — Lit з PBR-параметрами.
2. Scrolling normal maps: два texture sample з різними UV tiling та напрямками scroll (Time + UV offset). Overlay або Blend Normal для об'єднання. Різні швидкості scroll виключають повторення патерну через ~5 секунд.
3. Fresnel ефект: нода Fresnel Effect + Lerp між двома кольорами води (глибокий та мілкий). Exponent 2–5 для м'якого переходу. Для URP використовуємо NDotL через Normal та View Direction — точніше вбудованого Fresnel.
4. Depth Fade для піни: Scene Depth мінус Fragment Position дає відносну глибину. Smoothstep = маска foam біля берега. Вимагає Opaque Texture (додатковий blit pass) — для мобільних альтернатива: Depth Texture.
5. Vertex Displacement для хвиль: Sine нода по UV + Time з різними частотами/амплітудами для 2–3 хвиль. Підсумовуємо з різними Direction — Gerstner wave approximation. Displacement 0.1–0.5 одиниці, інакше z-fighting з об'єктами.

Чому custom шейдер кращий за готовий для стилізованої графіки?

В HDRP починаючи з останньої стабільної версії Unity є Water System — готовий high-quality компонент з tessellation, caustics, underwater. Але він не підходить для стилізованої (cartoon, cel-shading) графіки: vertex-animated foam не підтримується, Shader Graph customization обмежений Water surface нодами. Кастомний шейдер в ShaderGraph дає повний контроль — від кольору до форми хвиль.

Що входить у розробку шейдера води?

• Вихідний шейдер в ShaderGraph/Amplify/HLSL з коментарями
• Налаштування для цільових платформ (мобільні, PC, консолі)
• Документація за параметрами (Fresnel Exponent, швидкість хвиль, кольорова гама)
• Навчання вашої команди (1-2 години онлайн)
• Підтримка протягом 30 днів після деплою

Кейс: вода для мобільної гри (з нашої практики)

Мобільна 3D-стратегія на Unity LTS (URP Mobile). Вимога: море на фоні, 60fps на mid-range Android. Обмеження: не більше 0.5ms на water shader. Підсумковий шейдер: два scrolling normal maps (256×256, ASTC), Fresnel на NDotL, foam через Depth Texture, один Sine для хвиль. Ніякого reflection — тільки cube map на Specular. Frame cost: 0.3ms на Galaxy A53. Результат — стабільний 60fps без просідань. Unity Documentation: Optimizing Shaders for Mobile

Строки та вартість

Вартість розраховується індивідуально після аналізу вашої сцени та платформи. Замовте розробку шейдера води для вашої гри — отримайте консультацію інженера з 7-річним досвідом у геймдеві.

Технічні нюанси для advanced

• Для рефракції на мобільних: fake refraction через нормальну карту з UV offset на backdrop plane — без grab pass, що економить 0.5ms.
• Vertex displacement: використання Gerstner waves у вершинному шейдері (сума 2–3 синусів) дає реалістичне хвилювання без фізики. Для LOD об'єктів — спрощений варіант з однією хвилею.
• Піна: маска depth fade — один з найдешевших способів, але при сильному хвилюванні додаємо noise texture для розриву піни.

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.