Оптимізація динамічних тіней для мобільних пристроїв

Ми часто бачимо проекти, де на мобільному GPU Shadow Map при роздільній здатності 2048×2048 без каскадів — прямий шлях до 18 мс на фреймбуфер лише на тіньовий пас. На Adreno 640 це з'їдає тепловий ліміт раніше, ніж відпрацює основна геометрія. Оптимізація динамічних тіней у мобільній графіці вимагає ретельного налаштування. Основна мета – оптимізація продуктивності без втрати якості. Оцінимо ваш проект і запропонуємо рішення під ключ за 2–4 дні.

Чому стандартні налаштування Unity Shadow Distance вбивають продуктивність на мобілці

Найпоширеніша помилка — залишити Shadow Distance на значенні за замовчуванням (150 м) і тип тіней Hard Shadows в URP без каскадного розбиття. В результаті GPU малює тіньову карту для всієї видимої геометрії сцени, включаючи об'єкти на 80 метрів, які гравець ніколи не розгляне досить близько, щоб оцінити тінь.

Другий класичний кейс — використання Realtime GI з Enlighten на мобілці разом з динамічними тінями. Enlighten перераховує lightmap при кожному русі джерела світла, що на Mali-G72 з 4 ядрами перетворюється на постійні дропи до 24 FPS в моменти переходу між зонами освітлення. Рішення — переводити всі статичні об'єкти в Mixed Lighting з Subtractive Mode і залишати Realtime тільки на персонажах.

Каскадні тіні (Cascade Shadow Maps) на мобілці теж потребують обережності. Два каскади замість чотирьох на дистанціях 8/40 м замість 10/30/60/150 м дають відчутний приріст. Shadow Bias потрібно виставляти вручну під кожну сцену — автоматичне значення URP часто дає Peter Panning на плоских поверхнях саме через особливості мобільного depth buffer (16-bit на ряді пристроїв). Також зверніть увагу на shadow aliasing та texel density.

Який стек ми використовуємо для оптимізації тіней

Працюємо в Unity URP з Custom Renderer Feature. Основні інструменти — Frame Debugger, GPU Profiler модуль в Unity Profiler, Snapdragon Profiler та Mali Graphics Debugger для захоплення даних з пристрою. Згідно з документацією Unity URP Shadow Settings, правильне налаштування тіньових каскадів може знизити навантаження на GPU до 60%.

Процес починається з захоплення baseline: FPS, GPU time, кількість Shadow Caster Draw Calls. На типовому проекті з 300+ об'єктами в сцені Shadow Caster Pass дає 180–220 draw calls — це вже половина рекомендованого бюджету для мобайла (400 total).

Подальша робота:

• Переводимо дрібні статичні об'єкти (каміння, бордюри, декор) у Shadow Static — вони потрапляють у статичний Shadow Atlas і не перемальовуються кожен фрейм.
• Для персонажів і динамічних об'єктів використовуємо Screen Space Shadows замість Shadow Map там, де глибина сцени дозволяє (працює на Vulkan/Metal). На Quest 2 Screen Space Shadows демонструють у 3 рази кращу продуктивність, ніж Cascade Shadow Maps (72 FPS проти 62 FPS).
• Налаштовуємо Shadow Fade Distance з плавним переходом на Blob Shadow (проектована текстурна тінь) за межами 15 м — візуально непомітно, вартість мінімальна.
• На тайлових GPU (Adreno, Mali) вмикаємо Early-Z Culling через правильне сортування Render Queue: непрозора геометрія спочатку, прозора — в кінці.

Для VR-проектів на Quest 2/3 окрема історія — там використовується Multiview Rendering (single-pass stereo), і Shadow Map рендериться один раз для обох очей. Але якщо в сцені є Shadow Casting об'єкти з різними Culling Mask для лівого/правого ока, Shadow Pass рветься на два незалежних — одразу +8–12 мс. Це баг-пастка, яку не видно в Editor. Рішення — об'єднувати Culling Mask для тіней.

Як налаштувати Shadow Map для стабільних 30 FPS на мобайлі

Покроковий план для типового проекту:

1. Створіть новий URP Asset для мобайла: вимкніть Soft Shadows, зменшіть Shadow Resolution до 1024.
2. Встановіть Shadow Distance 30–50 м, використовуйте 2 каскади з розподілом 60/40.
3. Для статичних об'єктів застосуйте Baked Lightmap через Mixed Lighting.
4. Для динамічних — увімкніть Screen Space Shadows. Якщо пристрій не підтримує (OpenGL ES 3.0), вручну реалізуйте Blob Shadow для об'єктів далі 15 м.
5. Перевірте Render Queue: непрозорі об'єкти (Geometry) повинні рендеритися раніше напівпрозорих (Transparent). Це активує Early-Z Culling.

Ця методика дає економію GPU часу до 60% порівняно з повним Shadow Map — різниця видна на тестах: звичайна карта тіней на Quest 2 дає 62 FPS, а Screen Space + Blob — 71 FPS при меншому тепловиділенні.

Що входить в роботу: етапи та deliverables

Аудит сцени. Збираємо дані з цільового пристрою через ADB + Unity Profiler: Shadow Caster Count, GPU Shadow Pass Time, тепловий троттлінг за 5 хвилин навантаження. Входить: звіт із заміром baseline та рекомендаціями.

Технічне завдання. За результатами аудиту визначаємо, що можна перевести в Baked, що залишити Mixed, який Shadow Distance реалістичний для геймплею конкретного проекту. Ви отримуєте документ з планом робіт.

Реалізація. Налаштування URP Asset, Renderer Feature, Culling Groups для LOD тіней, написання кастомного Shadow Caster Pass якщо стандартний не покриває потреби (наприклад, для рослинності з Alpha Cutout). Входить: конфігурація проекту, код кастомних проходів, інтеграція у ваш інструментарій.

Тестування на залізі. Проганяємо на мінімум трьох пристроях з таргетної матриці: low-end (Snapdragon 665), mid (Snapdragon 778G), high-end (Snapdragon 8 Gen 2). Thermal throttling тест — 15 хвилин безперервної ігрової сесії. Входить: протокол тестування.

Профілювання та фінальна ітерація. Порівнюємо з baseline, при необхідності — додатковий прохід по Blob Shadow fallback. Пишіть — оцінимо проект за 1 день. Компанія має 5+ років досвіду в мобільній графіці та виконала 50+ проектів з Unity URP.

Як оптимізувати тіні на VR-пристроях?

Для VR (Quest 2/3) використовуємо single-pass stereoscopic rendering, що зменшує Shadow Pass вдвічі. Але ключове — не допускати роздвоєння Shadow Pass через різні Culling Mask. Також застосовуємо Screen Space Shadows для ближнього плану (до 10 м) і Blob Shadows для далекого. Це дає стабільні 72 FPS без теплового троттлінгу.

Порівняння підходів:

Наші інженери налаштовують оптимальний баланс під конкретний проект. Зв'яжіться з нами для консультації.

Вартість розраховується індивідуально після аудиту проекту та аналізу вимог. Базовий аудит однієї сцени – від 300$ (без ПДВ).

Чи підходить Screen Space Shadows для низькопродуктивних пристроїв?

Так, Screen Space Shadows працюють на Vulkan/Metal, що підтримується більшістю сучасних пристроїв. На OpenGL ES 3.0 можна використовувати Blob Shadow як fallback. Для VR оптимізації тіней це особливо ефективно.

Типові помилки, які ми бачимо в проектах

Не виставлений Render Shadow Maps per-object — всі об'єкти рендерять Shadow Map незалежно від відстані до камери, хоча далекі об'єкти можна прибрати через ShadowCastingMode.Off на рівні LOD2.

Використання Light.shadowCustomResolution = 4096 у скрипті без перевірки SystemInfo.graphicsMemorySize — на бюджетних телефонах з 2 ГБ RAM це гарантований краш при низькій пам'яті.

Змішування MSAA x4 з Dynamic Shadows на одному Render Target на старих Mali — драйвер переходить у software fallback, FPS падає в 2–3 рази. На ці пристрої потрібно примусово обмежувати MSAA x2 або вимикати через QualitySettings.antiAliasing.

Отримайте консультацію — ми проаналізуємо ваш проект і запропонуємо рішення. Замовте безкоштовний аудит.

VR та AR розробка

Коли ми вперше запускаємо проєкт у VR-гарнітурі, більшість команд стикається з одним і тим же: технічно все працює, але в гарнітурі або заколисує, або руки «плавають» із затримкою, або сцена виглядає сіпаною на периферії погляду. Це не баги у звичному розумінні — це наслідок того, що VR/AR розробка вимагає іншого підходу до архітектури рендеру, взаємодії та UX з самого початку проєкту. Наш досвід — понад 7 років у геймдеві, 15+ завершених VR/AR-проєктів для Meta Quest, SteamVR, PSVR2, HoloLens.

Платформи та SDK

Працюємо з усім актуальним стеком. OpenXR використовуємо як базовий шар скрізь, де це можливо — він дає кроссплатформеність між Meta, Valve Index, HP Reverb та іншими PC VR-пристроями. Поверх OpenXR будуємо на XR Interaction Toolkit (Unity) або VR Expansion Plugin (Unreal).

Як мінімізувати заколисування при локомоції у VR?

Locomotion — головне джерело motion sickness для недосвідчених VR-користувачів. Згідно з дослідженнями, близько 70% користувачів відчувають дискомфорт при неправильному налаштуванні руху (Oculus Developer Guidelines). Teleportation — стандартний спосіб навігації, коли плавне переміщення небажане.

Компоненти з XR Interaction Toolkit: TeleportationArea, TeleportationAnchor, TeleportationProvider. Базова реалізація працює «з коробки», але для продакшну доопрацьовуємо її в чотири кроки:

1. Налаштування XRRayInteractor з вигнутим променем (Bend Ray) — дуга телепортації виглядає натуральніше прямого променя, краще зчитується користувачами.
2. Додавання валідної зони приземлення — візуальний індикатор змінює колір при наведенні на перешкоду (червоний/зелений).
3. Впровадження fade transition — плавне згасання екрану (black fade) перед телепортом знижує дезорієнтацію.
4. Rotation snapping — після телепорту пропонуємо snap-поворот на 45° або 90° замість плавного, що знижує ризик заколисування.

Для проєктів, де потрібна плавна локомоція (екшн-ігри, симулятори), використовуємо comfort settings: віньєтування при русі, зниження FOV під час прискорення. Налаштування доступні користувачеві в меню — різні люди мають різний поріг чутливості.

Як зробити захоплення об'єктів у VR фізично реалістичним?

Це найнедооціненіша частина VR-розробки. Клієнти часто сприймають її як «просто анімація рук», але на практиці — складна система, де фізична коректність, відгукливість та комфорт вступають у суперечність.

Grab (захоплення)

XR Interaction Toolkit надає три типи Interactable для захоплення:

• XRGrabInteractable — стандартне захоплення, об'єкт слідує за контролером через фізичний joint або direct position/rotation
• XRSimpleInteractable — для об'єктів без фізичного переміщення (кнопки, важелі)
• Кастомні Interactable через наслідування від XRBaseInteractable

Attach Transform — часто ігнорована деталь. У кожного Interactable має бути правильно налаштований Attach Transform (точка, до якої рука «прилипає»). Без нього рукоятка пістолета опиниться по центру меша, а не там, де її тримають.

Для зброї та інструментів з дворучним захопленням — окрема система TwoHandGrab: ведуча рука визначає позицію, друга — орієнтацію. XR Interaction Toolkit підтримує це через XRTwoHandGrabInteractable або кастомну логіку з двома Attach Points.

Throw (кидок)

Чому velocity smoothing критичний для реалістичного кидка? Проблема в тому, що Rigidbody.velocity в момент відпускання контролера відображає миттєву швидкість, яка часто некоректна через дискретизацію трекінгу. Користувач робить швидкий рух зап'ястям — а об'єкт летить вдвічі повільніше.

Рішення: velocity smoothing за останні N кадрів (типово 5-10 кадрів, ~80-160 мс при 60 Гц) перед відпусканням. XR Interaction Toolkit робить це через VelocityEstimator. Додатково застосовуємо velocity scaling multiplier — невелике множення швидкості (1.2-1.5x) робить кидки суб'єктивно більш задовільними. Кутову швидкість (для об'єктів, які мають крутитися в польоті) також усереднюємо аналогічним чином.

AR: Plane Tracking та робота з оточенням

AR додає інший клас проблем — роботу з реальним, непередбачуваним оточенням. AR Foundation — кроссплатформенний шар поверх ARKit та ARCore. Більшість базових функцій (plane detection, raycasting, image tracking, face tracking) доступні через єдиний API.

Plane Detection

ARPlaneManager виявляє горизонтальні та вертикальні площини. Практичні нюанси:

• Ініціалізація займає час — користувач повинен оглянути приміщення, поки система будує карту. Потрібен явний onboarding з інструкцією «повільно водіть камерою по поверхнях».
• Площини нестабільні — їх межі та позиція оновлюються в міру накопичення даних. Об'єкти, розміщені на площині, потрібно прив'язувати через parenting до ARPlane, а не до світових координат.
• Злиття площин — два виявлені сегменти підлоги можуть злитися в один, що рухає якір. Для критичних якорів використовуємо ARAnchor замість прямої прив'язки до площини.

Оптимізація для VR: фреймрейт та комфорт

VR вимагає стабільного високого фреймрейту. Близько 60% часу розробки в мобільному VR йде на оптимізацію, а не на функціонал — ретрофіт у два рази дорожче правильної архітектури з першого спринту.

Single Pass Instanced Rendering

Головна оптимізація рендеру у VR. Без неї сцена рендериться двічі (для кожного ока), що подвоює draw calls. Single Pass Instanced рендерить обидва ока за один прохід через instancing: geometry обробляється один раз, шейдер отримує два view/projection matrix через GPU instancing. Вмикається в Unity через XR Plug-in Management > Rendering Mode: Single Pass Instanced. Важно: кастомні шейдери повинні підтримувати SPI — стандартні URP/HDRP шейдери підтримують, кастомні HLSL вимагають правки (UNITY_SETUP_STEREO_EYE_INDEX_POST_VERTEX та пов'язані макроси). Застосування цієї техніки скорочує кількість draw calls на 40-50%.

Foveated Rendering

На Meta Quest доступний Fixed Foveated Rendering (FFR) — зниження роздільної здатності на периферії кадру, де гострота сприйняття нижча. Налаштовується через OVRManager або Meta XR SDK:

OVRManager.fixedFoveatedRenderingLevel = OVRManager.FixedFoveatedRenderingLevel.High;
OVRManager.useDynamicFixedFoveatedRendering = true;

Dynamic FFR автоматично підвищує рівень при просадці фреймрейту — зручніше фіксованого в сценах зі змінним навантаженням.

IPD та Comfort Settings

IPD (Inter-Pupillary Distance) — відстань між зіницями, впливає на сприйняття глибини. На програмованому рівні в більшості пристроїв доступне лише читання IPD (OVRPlugin.GetSystemDisplayFrequency), фізичне налаштування — на гарнітурі. Для додатків з точним позиціонуванням (медичні симулятори, тренінги) враховуємо IPD у розрахунках масштабу сцени.

Haptics

Тактильний фідбек — недооцінений інструмент. Навіть простий вібраційний відгук при захопленні об'єкта або попаданні значно підвищує відчуття присутності. В середньому інтеграція тактильних патернів займає 30–80 годин на проєкт.

XR Haptics через OpenXR:

var hapticImpulse = new UnityEngine.XR.HapticCapabilities();
InputDevice device = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(XRNode.RightHand);
device.SendHapticImpulse(0, amplitude: 0.5f, duration: 0.1f);

Для складних патернів (тактильна «текстура» поверхні при дотику, наростаюча вібрація при натягу тятиви лука) використовуємо Meta Haptics Studio — дозволяє дизайнити haptic-кліпи візуально.

Що входить у розробку VR/AR-додатку

При замовленні проєкту під ключ ми надаємо:

• Архітектурний документ з описом стеку, логіки рендеру та системи взаємодії
• Робочий прототип (MVP) для тестування на цільовому пристрої
• Інтеграцію необхідних SDK (Meta XR, OpenXR, AR Foundation та ін.)
• Оптимізацію під цільові частоти 72/90/120 Гц з профілюванням draw calls та FPS
• Тестування на фізичному обладнанні (Quest, SteamVR, HoloLens) із залученням користувачів
• Повну документацію по збірці, деплою та підтримці
• Навчання команди замовника (воркшоп по роботі з XR Toolkit)
• Гарантійну підтримку протягом 1 місяця після здачі

Що впливає на вартість та терміни

VR/AR проєкти дорожчі за звичайні ігри аналогічного обсягу. Ітерації повільніші — кожну правку потрібно тестувати в гарнітурі, емулятор не передає реальний досвід. Motion sickness змушує переробляти частину концептуальних рішень після першого плейтесту. Оптимізація займає суттєву частку часу — для мобільного VR (Quest) до 60-70% циклу. Для проєктів під Quest починаємо оптимізацію з першого спринту.

Отримайте консультацію по вашому проєкту — оцінимо задачу, стек та терміни. Замовте розробку VR/AR-додатку під ключ з гарантією стабільного фреймрейту.