¿Qué son los sombreadores y por qué los juegos necesitan precargarlos?

Los sombreadores son pequeños programas que se ejecutan en la GPU como parte del proceso de renderización. Se encargan de todo, desde transformar la geometría de los modelos 3D hasta aplicar texturas, iluminación, sombras y efectos de posprocesamiento. Son fundamentales para los videojuegos modernos y parte del motivo por el que estos juegos tienen un aspecto tan impresionante.

Sin embargo, no siempre ha sido así. Las primeras tarjetas gráficas dependían de hardware de función fija, con unidades separadas dedicadas a tareas como el texturizado y la iluminación. Aunque estas unidades eran potentes para su época, también eran rígidas. A medida que los juegos se volvían más complejos y ambiciosos visualmente, el hardware fijo limitaba tanto los efectos visuales como la libertad creativa. Los sombreadores programables eliminaron esos límites.

Los primeros sombreadores ampliamente utilizados fueron los sombreadores de píxeles. Estos determinan el color final de cada píxel en la pantalla y pueden manejar cálculos de iluminación, sombras, texturas, transparencia y efectos de posprocesamiento, como desenfoque o sombreado cel. Los sombreadores de vértices aparecieron poco después, lo que permitió a los desarrolladores manipular datos de vértices como la posición, el color y las coordenadas de textura antes de renderizar la geometría.

Más tarde aparecieron los sombreadores geométricos, que pueden generar y modificar geometría sobre la marcha dentro del canal gráfico. Aunque hoy en día no se utilizan mucho debido a los costes de rendimiento, permitieron efectos como la geometría procedural y los efectos de partículas. Los sombreadores de teselación se basaron en esta idea aumentando dinámicamente los detalles geométricos, lo que hacía que las superficies parecieran más suaves sin almacenar más datos del modelo.

Más recientemente, las API modernas han introducido sombreadores de tareas y mallas. Estos sustituyen partes de las etapas tradicionales de vértices, geometría y teselación por un sistema más flexible que ofrece a los desarrolladores un mayor control sobre cómo se genera y procesa la geometría.

Los sombreadores de trazado de rayos son la última novedad. Se utilizan para efectos como reflejos, sombras e iluminación global, trazando las trayectorias de los rayos de luz a través de una escena. Son compatibles con DirectX Raytracing y Vulkan, y requieren tarjetas gráficas relativamente modernas para funcionar a niveles de rendimiento jugables.

Si eso es lo que son los sombreadores, ¿por qué tardan tanto en precargarse y qué significa realmente precargar?

El término es un poco engañoso. En la práctica, la precarga de sombreadores significa compilar y almacenar en caché los sombreadores, en lugar de simplemente cargarlos. Los desarrolladores de juegos pueden compilar los sombreadores sobre la marcha mientras juegas, o compilar los sombreadores antes de que comience el juego.

Compilar sombreadores durante el juego puede funcionar en casos sencillos, pero a menudo provoca retrasos y cortes cuando se encuentran nuevos efectos o áreas. Si hay que compilar muchos sombreadores a la vez, los tiempos de fotograma pueden aumentar considerablemente, por lo que este enfoque es muy notable en los juegos de mundo abierto. La compilación excesiva sobre la marcha suele ser un signo de mala optimización del PC.

La precarga de sombreadores evita este problema al compilarlos por adelantado y almacenar los resultados en una caché. Una vez compilados, los sombreadores se pueden reutilizar al instante durante el juego, lo que se traduce en un rendimiento más fluido. La desventaja es que hay que esperar a que se complete la compilación de los sombreadores la primera vez que se ejecuta el juego.

Esa espera puede volver a producirse tras una actualización importante del juego o del controlador gráfico, ya que los binarios de sombreado están estrechamente vinculados tanto a la versión del juego como al controlador de la GPU. Dada la frecuencia con la que se actualizan los controladores gráficos, la recompilación de sombreados se convierte en una frustración habitual para los jugadores de PC.

¿Por qué los desarrolladores no pueden simplemente enviar sombreadores precompilados? En nuestros queridos PC, el panorama del hardware y los controladores es simplemente demasiado variado. La compilación de sombreadores depende de la arquitectura de la GPU, la versión del controlador y la API gráfica, por lo que un sombreador compilado que funciona en un sistema no funcionará en otro. Las consolas evitan este problema porque son plataformas fijas, pero los PC no lo son.

Así que la próxima vez que te encuentres mirando fijamente la pantalla de precarga del sombreador, recuerda que está ahí para reducir los tirones y mejorar el rendimiento una vez que empieces a jugar. Es un poder para el bien.