Шейдеры

Коротко: Шейдер — это небольшая программа, выполняемая на видеокарте и определяющая, как отображаются геометрия и пиксели: положение, цвет, свет, тени и эффекты поверхности.

Подробнее: Видеокарта устроена так, чтобы одновременно выполнять тысячи небольших вычислений. Шейдеры — это и есть эти вычисления: для каждой вершины или пикселя выполняется одна и та же программа с разными данными. Это называется параллельной обработкой.

Подробности

Важные виды:

Шейдер	Задача
Вершинный шейдер	Обрабатывает каждую вершину модели: положение в пространстве, смещение, анимация
Фрагментный/пиксельный шейдер	Вычисляет цвет каждого пикселя: текстура, свет, отражение, прозрачность
Геометрический/тесселяционный шейдер	Создаёт или уточняет геометрию (больше треугольников из немногих)
Вычислительный шейдер (compute)	Общие вычисления на GPU (физика, ИИ, фильтры изображений)
Шейдер трассировки лучей	Расчёт лучей света для реалистичного освещения

Последовательность в графическом конвейере: данные модели → вершинный шейдер → растеризация (треугольники превращаются в пиксели) → фрагментный шейдер → изображение.

Языки: GLSL (OpenGL), HLSL (DirectX, Unity), WGSL (WebGPU), Metal Shading Language (Apple), SPIR-V (Vulkan). Визуально: Shader Graph (Unity), редактор материалов (Unreal).

Пример (фрагментный шейдер GLSL):

void main() {
    // цвет из текстуры, затемнённый в зависимости от света
    vec3 color = texture(tex, uv).rgb * max(dot(normal, lightDir), 0.0);
    output = vec4(color, 1.0);
}

Применение:

• Освещение, тени, вода, дым, кожа, волосы, туман.
• Постобработка: размытие (bloom), цветокоррекция, сглаживание.
• Художественные стили: cel shading (вид комикса), пиксельные шейдеры, эффекты голограммы.
• Не только игры: кино (шейдеры рендера), вычисления, ИИ.

Стоимость: сложные шейдеры снижают частоту кадров. «Компиляция шейдеров» при первом запуске заставляет игры долго загружаться (кэш шейдеров).

См. также: Игровой движок, Unity, 3D-моделирование