Tips and Tricks de Shaders Extendidos
Los shaders son fundamentales para los gráficos modernos. Dominar sus técnicas puede mejorar tanto el rendimiento como la calidad visual. A continuación, se presentan tips detallados y ejemplos extensos para experimentar y aprender.
1. Optimización de cálculos
Optimizar cálculos dentro del shader es crítico para mantener un buen rendimiento, especialmente en fragment shaders que se ejecutan millones de veces por frame. Siempre busca precalcular lo que puedas y usa las funciones nativas del lenguaje.
// Precalcular constantes fuera de loops pesados
const vec3 lightDir = normalize(vec3(1.0, 0.8, 0.6));
const float ambientStrength = 0.1;
// Función de iluminación difusa con normalización
vec3 computeLighting(vec3 fragPos, vec3 normal) {
// Calcula la dirección de luz normalizada
vec3 norm = normalize(normal);
vec3 light = normalize(lightDir);
// Componente difusa
float diff = max(dot(norm, light), 0.0);
// Componente especular usando Blinn-Phong
vec3 viewDir = normalize(-fragPos); // cámara en origen
vec3 halfwayDir = normalize(light + viewDir);
float spec = pow(max(dot(norm, halfwayDir), 0.0), 32.0);
// Resultado final
vec3 ambient = ambientStrength * vec3(1.0);
vec3 diffuse = diff * vec3(1.0);
vec3 specular = spec * vec3(1.0);
return ambient + diffuse + specular;
}
- Usa funciones reutilizables para no duplicar código.
- Normaliza vectores antes de operar para evitar resultados incorrectos y reducir operaciones internas.
2. Raymarching eficiente
Raymarching permite crear escenas complejas a partir de signed distance fields (SDF). La clave está en usar pasos adaptativos y mantener los campos de distancia limpios.
// SDF de esfera y caja combinados
float sceneSDF(vec3 p) {
float sphere = length(p) - 1.0;
float box = length(max(abs(p) - vec3(0.5), 0.0)) - 0.2;
return min(sphere, box);
}
// Función de raymarching con pasos adaptativos
float rayMarch(vec3 ro, vec3 rd) {
float totalDistance = 0.0;
const int MAX_STEPS = 128;
const float EPSILON = 0.001;
const float MAX_DIST = 100.0;
for(int i = 0; i < MAX_STEPS; i++) {
vec3 p = ro + rd * totalDistance;
float dist = sceneSDF(p);
if(dist < EPSILON) return totalDistance; // colisión
totalDistance += dist;
if(totalDistance > MAX_DIST) break; // fuera de rango
}
return -1.0; // no colisión
}
// Calcular normal usando gradiente de SDF
vec3 calcNormal(vec3 p) {
const float h = 0.0001;
vec2 k = vec2(1, -1);
return normalize(
k.xyy * sceneSDF(p + k.xyy * h) +
k.yyx * sceneSDF(p + k.yyx * h) +
k.yxy * sceneSDF(p + k.yxy * h) +
k.xxx * sceneSDF(p + k.xxx * h)
);
}
- Ajusta
MAX_STEPSyEPSILONsegún precisión y rendimiento. - Combina SDF simples para crear formas complejas con operaciones booleanas:
min(union),max(intersección),-(diferencia).
3. Texturas y UVs
Trabajar con texturas requiere coordenadas precisas y un buen control de la interpolación para evitar stretching o artefactos. Además, repetir texturas con fract permite patrones continuos.
// Coordenadas UV con repetición
vec2 repeatUV(vec2 uv, float times) {
return fract(uv * times);
}
// Aplicar textura con mipmaps para mejorar calidad
vec4 sampleTexture(sampler2D tex, vec2 uv, float mipLevel) {
return textureLod(tex, uv, mipLevel);
}
// Ejemplo de mezcla de dos texturas con máscara
vec4 blendTextures(sampler2D tex1, sampler2D tex2, vec2 uv, float mask) {
vec4 c1 = texture(tex1, uv);
vec4 c2 = texture(tex2, uv);
return mix(c1, c2, mask);
}
// Normal mapping
vec3 applyNormalMap(vec3 normal, sampler2D normalMap, vec2 uv) {
vec3 n = texture(normalMap, uv).rgb;
n = normalize(n * 2.0 - 1.0);
return normalize(normal + n);
}
- Siempre normaliza los vectores obtenidos de mapas normales.
- Para patrones repetitivos, considera rotaciones o desplazamientos aleatorios para romper uniformidad.
4. Colores y gradientes
Controlar el color y los gradientes es clave para efectos visuales impactantes. Usar funciones como mix, pow y smoothstep permite transiciones suaves.
// Gradiente radial
vec3 radialGradient(vec2 uv, vec3 innerColor, vec3 outerColor) {
float d = length(uv - 0.5);
float t = smoothstep(0.0, 0.5, d);
return mix(innerColor, outerColor, t);
}
// Gradiente basado en ángulo
vec3 angularGradient(vec2 uv, vec3 color1, vec3 color2) {
float angle = atan(uv.y - 0.5, uv.x - 0.5) / 3.14159 + 0.5;
return mix(color1, color2, angle);
}
// Ajuste de curva de luminancia
vec3 adjustBrightness(vec3 color, float gamma) {
return pow(color, vec3(gamma));
}
- Trabajar en espacio lineal evita distorsiones de color por gamma.
- Combina gradientes para crear efectos de iluminación complejos sin depender de luces físicas.
5. Debugging visual
Ver lo que ocurre dentro del shader ayuda a depurar problemas de iluminación, normales o texturas.
// Mostrar normales como color
vec4 debugNormals(vec3 normal) {
return vec4(normal * 0.5 + 0.5, 1.0);
}
// Mostrar distancia de raymarching
vec4 debugDistance(float dist, float maxDist) {
float intensity = dist / maxDist;
return vec4(vec3(intensity), 1.0);
}
// Mapas de calor de intensidad de luz
vec4 debugLightIntensity(float intensity) {
return vec4(vec3(intensity), 1.0);
}
- Combina estos métodos con render targets separados.
- Visualiza cada componente por separado antes de combinarlas en el resultado final.
6. Performance Tips
El rendimiento es crucial en tiempo real. Pequeños ajustes pueden multiplicar la velocidad sin afectar la calidad.
// Reducir resolución para pruebas rápidas
vec2 lowResUV(vec2 uv, float scale) {
return floor(uv * scale) / scale;
}
// Operaciones vectoriales preferibles a escalares
vec3 computeLightingVector(vec3 normal, vec3 lightDir, vec3 color) {
float diff = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
return diff * color;
}
// Limitar loops y pasos
for(int i = 0; i < 64; i++) {
vec3 p = rayOrigin + rayDir * step;
float d = sceneSDF(p);
if(d < 0.001) break;
step += d;
}
- Prefiere loops fijos o
unrollcuando sea posible. - Reduce operaciones costosas dentro de loops y evita llamadas innecesarias a funciones dentro del fragment shader.
