Что такое шейдеры в играх и зачем они нужны: полный гайд по типам, компиляции и оптимизации

Ты запускаешь The Last of Us или Black Myth: Wukong, предвкушая погружение в атмосферу, но вместо игры видишь полосу загрузки с надписью «Компиляция шейдеров». Проходит 10, 20 минут, компьютер гудит как турбина, а игра всё ещё не началась. Знакомая история? В последние годы слово «шейдеры» стало одним из самых часто упоминаемых в технических разборах игр. Но что скрывается за этим термином? Сейчас разберёмся.

Введение: почему шейдеры важны для современных игр

В 90-х годах разработчики были ограничены жёстким набором функций видеокарт. Включить туман? Пожалуйста. Сделать воду реалистичной? Извини, железо не умеет. Всё изменилось в начале 2000-х с появлением программируемого конвейера.

Шейдеры позволяют художникам и программистам писать собственные сценарии поведения света и материалов. Сегодня игры выглядят так реалистично именно благодаря им. От блеска мокрого асфальта в Cyberpunk 2077 до анимации травы в Ghost of Tsushima — всё это работа шейдеров. Однако за красоту приходится платить. Геймеры всё чаще сталкиваются с проблемами компиляции, которые могут испортить впечатление даже от самого мощного ПК, если он неправильно настроен.

Что такое шейдеры простыми словами

Шейдеры в играх это крошечные программы для видеокарты. Они определяют, как именно будет отрисован каждый пиксель, вершина или текстура на экране. От них зависит вид объектов, текстур, света и теней. Шейдеры преобразуют простейшие модели в детализированные изображения, благодаря чему визуальные эффекты выглядят круто и реалистично.

Если говорить проще, видеокарта это огромная художественная студия. А шейдеры это миллионы крошечных художников. Каждый такой «художник» получает конкретную задачу. Один отвечает за блеск на мече героя, другой за каплю дождя. Шейдер работает по инструкции: «Если сюда падает свет под углом 45 градусов, а поверхность металлическая, сделай эту поверхность яркой и блестящей».

Для чего нужны шейдеры: основные функции

Шейдеры используют практически на всех этапах создания кадра. Вот четыре главные задачи, которые они решают.

Создание реалистичного освещения

Современные движки используют физически корректный рендеринг (PBR). Шейдеры рассчитывают, как свет взаимодействует с материалом. Они определяют:

• Отражения (Reflections). Например, как окружающий мир отражается в луже;
• Тени (Shadows). Как препятствия на пути света меняют освещение;
• Глобальное освещение (GI). Алгоритм, который имитирует реалистичное поведение света, учитывая не только прямые лучи, но и отраженные.

Закат в Ghost of Yotei

Обработка текстур и материалов

Просто натянуть картинку на модель недостаточно. Она будет выглядеть плоской. Шейдеры помогают создать иллюзию объёма.

• Normal Mapping. Шейдер имитирует неровности (поры кожи, швы на одежде) без усложнения 3D-модели;
• Parallax Mapping. Создаёт эффект глубины, например, объёмную кирпичную кладку или гальку на дороге.

Визуальные эффекты

Дым, огонь или вода это стихия шейдеров. Симуляция жидкости, где волны реагируют на движение персонажа, просчитывается сложными алгоритмами прямо на видеокарте.

Постобработка изображения

Когда кадр уже нарисован, поверх него накладываются «экранные» спецэффекты:

• Свечение (Bloom). Мягкое свечение вокруг ярких фонарей;
• Глубина резкости (Depth of Field). Размытие заднего фона для кинематографичности;
• Размытие в движении (Motion Blur). Смазывание объектов в движении;
• Цветокоррекция. Придание картинке нужного настроения (холодные тона для хоррора, тёплые — для уюта и романтики).

Как работают шейдеры: технический процесс

Чтобы понять, почему игры иногда тормозят, нужно разобраться в сути процесса рендеринга

Роль GPU и CPU в обработке шейдеров

Это командная работа.

1. CPU (процессор). Выступает менеджером. Он готовит данные, рассчитывает логику игры и отправляет команды на видеокарту. Именно процессор занимается компиляцией шейдеров (переводом их кода в язык, понятный видеокарте);
2. GPU (видеокарта). Это фабрика. Тысячи её ядер параллельно исполняют шейдерные программы, закрашивая пиксели и двигая вершины многоугольников.

Процесс рендеринга с использованием шейдеров

Данные проходят через «графический конвейер» (Pipeline):

1. Входные данные. Вершины моделей загружаются в память;
2. Вершинный шейдер. Определяет положение объектов;
3. Растеризация. Превращает 3D-треугольники в 2D-пиксели экрана;
4. Пиксельный шейдер. Раскрашивает каждый пиксель с учётом света и текстуры;
5. Вывод. Создаёт итоговую картинку на мониторе.

Виды шейдеров в современных играх

Разработчики используют разные виды шейдеров для разных задач.

Вершинный шейдер (Vertex Shader)

Отвечает за геометрию. Он может искажать форму объекта. Пример: анимация волн на воде или колыхание травы на ветру. Это работа вершинного шейдера, который двигает точки модели.

Пиксельный шейдер (Pixel/Fragment Shader)

Самый «тяжёлый» тип. Он вычисляет итоговый цвет каждой точки экрана. Сложное освещение, тени, отражения и материалы рассчитываются именно здесь. Чем выше разрешение твоего монитора, тем больше нагрузки ложится на эти шейдеры.

Геометрический шейдер (Geometry Shader)

Умеет создавать новую геометрию на лету. Раньше использовался для систем частиц, но сейчас уступает место более современным технологиям.

Вычислительный шейдер (Compute Shader)

Это универсальный солдат. Он не рисует графику напрямую, а делает математические расчёты на видеокарте. Физика волос, симуляция тканей, искусственный интеллект врагов и даже технологии апскейлинга (DLSS) часто используют вычислительные шейдеры.

Другие специализированные шейдеры

• Шейдеры трассировки лучей (Ray Tracing). Специальные программы, которые испускают лучи и проверяют их пересечение с объектами для создания фотореалистичных отражений и света;
• Mesh Shaders. Новая технология, позволяющая обрабатывать геометрию кластерами (используется в Unreal Engine 5 Nanite).

NVIDIA Mesh Shaders

Компиляция шейдеров: что это и почему она нужна

Вот мы и добрались до главной проблемы ПК-гейминга.

Что происходит при компиляции

Разработчики пишут шейдеры на универсальном языке. Но твоя видеокарта (будь то RTX 4060 или RX 7900) понимает только свой машинный код.

Компиляция это перевод «человеческого» кода шейдера в инструкции для конкретного чипа GPU. Эту работу выполняет драйвер видеокарты, используя ресурсы твоего центрального процессора.

Почему компиляция занимает так много времени

В современной игре может быть до 100 тысяч вариаций шейдеров. Материал «металл» в тени, на солнце, под дождем, с повреждениями — это всё разные программы. Процессору нужно переварить огромные массивы кода и оптимизировать его под твоё железо.

Типы компиляции шейдеров

Как шейдеры влияют на производительность в играх

Влияние колоссальное.

• Нагрузка на GPU. Сложные пиксельные шейдеры (особенно с трассировкой лучей) могут загрузить до предела любую видеокарту в 4K.
• Нагрузка на CPU. В моменты компиляции процессор включается на 100%. Если он слабый, ты получишь фризы.

Почему в одних играх компиляция быстрая, а в других медленная

Оптимизация разработчиками

В Atomic Heart разработчики грамотно реализовали предварительную компиляцию, избавив игроков от фризов. А вот Star Wars Jedi: Survivor на релизе страдала от динамической компиляции, вызывая дёрганую картинку.

Сложность графики

Игры на Unreal Engine 5 используют тяжелые шейдеры для систем Lumen и Nanite. Чем круче графика и визуальные эффекты, тем больше кода нужно обработать.

Сравнение Fortnite с Lumen + Nanite и без

Примеры игр

• Black Myth: Wukong генерирует тысячи состояний пайплайна, требуя мощного CPU для быстрой обработки;
• Call of Duty: Modern Warfare II позволяет играть во время компиляции, но предупреждает о низком FPS и багах.

Как ускорить компиляцию шейдеров

Если ты устал ждать загрузки, вот что реально помогает:

• Мощный многоядерный процессор. Компиляция отлично распараллеливается. Процессоры с большим количеством ядер (Intel Core i7/i9 или AMD Ryzen 7/9) справляются с задачей в разы быстрее. В наших игровых компьютерах мы подбираем CPU так, чтобы минимизировать время ожидания;
• Быстрый SSD. Кэш шейдеров состоит из тысяч мелких файлов. Скоростной NVMe-накопитель критически важен;
• Больше ОЗУ. Процесс компиляции прожорлив. 32 ГБ быстрой DDR5 памяти здорово ускорит загрузку.

Если ты ищешь компьютер, который щёлкает современные игры и компиляцию как орешки, обрати внимание на нашу серию PERFORMANCE. В этих ПК топовые процессоры и скоростная память, что сводит время «шейдерных пауз» к минимуму.

FAQ: ответы на популярные вопросы

Итоги

Теперь ты знаешь, что происходит в недрах твоего ПК, пока на экране висит полоска загрузки «Компиляция шейдеров». Это цена, которую мы платим за реалистичность и красоту современных игровых миров. И чтобы эту цену ты не платил своими нервными клетками из-за фризов, важно иметь сбалансированное железо.

И если не хочешь разбираться в нюансах таймингов памяти и кэшах процессоров, доверь это нам. Выбери свою машину мечты в нашем каталоге игровых ПК или напиши нашим экспертам, а мы подберём систему, на которой шейдеры будут загружаться так быстро, что ты приятно удивишься.

В наличии

Осталось: 13 шт.

 

 

 

 

Игровой компьютер

Core X3

105 900 ₽

119 900 ₽

- 12%

   

В корзину •    

Процессор R5 7500F

Видеокарта RTX 5060 8GB

Оперативная память 16GB RGB

NVME 1TB

 

В наличии

Осталось: 3 шт.

 

 

 

 

 

Игровой компьютер

Core X5

124 900 ₽

142 900 ₽

- 13%

   

В корзину •    

Процессор R5 7500F

Видеокарта RTX 5060 Ti 16GB

Оперативная память 16GB

NVME 1TB

 

В наличии

Осталось: 1 шт.

 

 

 

 

 

Игровой компьютер

Core X7

169 900 ₽

187 500 ₽

- 9%

   

В корзину •    

Процессор R5 9600X

Видеокарта RTX 5070 12GB

Оперативная память 32GB RGB

NVME 1TB

 

Смотреть все