Ce sunt shaderele și de ce jocurile trebuie să le preîncarce?

Shaderele sunt programe mici care rulează pe GPU-ul dvs. ca parte a procesului de redare. Acestea se ocupă de toate, de la transformarea geometriei modelelor 3D până la aplicarea texturilor, iluminării, umbrelor și efectelor de post-procesare. Ele sunt fundamentale pentru jocurile moderne și reprezintă unul dintre motivele pentru care aceste jocuri arată atât de impresionant.

Totuși, nu a fost întotdeauna așa. Primele plăci grafice se bazau pe hardware cu funcții fixe, cu unități separate dedicate sarcinilor precum texturarea și iluminarea. Deși aceste unități erau puternice pentru vremea lor, erau și rigide. Pe măsură ce jocurile au devenit mai complexe și mai ambițioase din punct de vedere vizual, hardware-ul fix a limitat atât efectele vizuale, cât și libertatea creativă. Shaderele programabile au eliminat aceste limite.

Primele shadere utilizate pe scară largă au fost pixel shaderele. Acestea determină culoarea finală a fiecărui pixel de pe ecran și pot gestiona calculele de iluminare, umbrele, texturile, transparența și efectele de post-procesare, cum ar fi estomparea sau cel shading. Vertex shaderele au apărut la scurt timp după aceea, permițând dezvoltatorilor să manipuleze datele vertex, cum ar fi poziția, culoarea și coordonatele texturii, înainte de redarea geometriei.

Ulterior au apărut shaderele geometrice, care pot genera și modifica geometria în timp real în cadrul procesului grafic. Deși nu sunt foarte utilizate în prezent din cauza costurilor de performanță, acestea au permis efecte precum geometria procedurală și efectele de particule. Shaderele de teselare s-au bazat pe această idee, mărind dinamic detaliile geometrice, făcând suprafețele să pară mai netede fără a stoca mai multe date ale modelului.

Mai recent, API-urile moderne au introdus shadere de sarcini și mesh. Acestea înlocuiesc părți din etapele tradiționale de vertex, geometrie și teselare cu un sistem mai flexibil, care oferă dezvoltatorilor un control mai mare asupra modului în care geometria este generată și procesată.

Shaderele de ray tracing sunt cea mai nouă adăugire. Acestea sunt utilizate pentru efecte precum reflexii, umbre și iluminare globală, urmărind traiectoria razelor de lumină printr-o scenă. Sunt suportate prin DirectX Raytracing și Vulkan și necesită plăci grafice relativ moderne pentru a rula la niveluri de performanță acceptabile.

Dacă asta înseamnă shadere, de ce durează atât de mult să le preîncarci și ce înseamnă de fapt preîncărcarea?

Termenul este ușor înșelător. În practică, preîncărcarea shaderelor înseamnă compilarea și stocarea în cache a shaderelor, mai degrabă decât simpla încărcare a acestora. Dezvoltatorii de jocuri pot compila shaderele în timp real, în timp ce joci, sau le pot compila în avans, înainte de începerea jocului.

Compilarea shaderelor în timpul jocului poate funcționa în cazuri simple, dar deseori duce la întârzieri și întreruperi atunci când apar efecte sau zone noi. Dacă trebuie compilate simultan mai multe shadere, timpul de afișare a cadrelor poate crește semnificativ, motiv pentru care această abordare este atât de vizibilă în jocurile cu lume deschisă. Compilarea excesivă în timp real este deseori un semn al optimizării deficitare a PC-ului.

Preîncărcarea shaderelor evită această problemă prin compilarea lor în avans și stocarea rezultatelor într-un cache. Odată compilate, shaderele pot fi reutilizate instantaneu în timpul jocului, ceea ce duce la o performanță mai fluidă. Dezavantajul este că trebuie să aștepți finalizarea etapei de compilare a shaderelor la prima rulare a jocului.

Această așteptare poate reapărea după o actualizare majoră a jocului sau după actualizarea driverului grafic, deoarece fișierele binare ale shaderului sunt strâns legate atât de versiunea jocului, cât și de driverul GPU. Având în vedere că driverele grafice sunt actualizate frecvent, recompilarea shaderului devine o frustrare familiară pentru jucătorii pe PC.

De ce dezvoltatorii nu pot livra pur și simplu shadere precompilate? Pe PC-urile noastre iubite, hardware-ul și driverele sunt pur și simplu prea variate. Compilarea shaderelor depinde de arhitectura GPU, versiunea driverului și API-ul grafic, astfel încât un shader compilat care funcționează pe un sistem nu va funcționa pe altul. Consolele evită această problemă deoarece sunt platforme fixe, dar PC-urile nu sunt.

Așadar, data viitoare când te uiți la ecranul de preîncărcare a shaderului, amintește-ți că acesta are rolul de a reduce întreruperile și de a îmbunătăți performanța odată ce începi să joci. Este o putere în slujba binelui.