Разработка системы частиц и VFX для мобильной игры

Разработка системы частиц и VFX для мобильной игры

Система частиц на мобиле — это постоянный компромисс между визуальным качеством и бюджетом GPU. Десктопный эффект из 50 000 частиц на iPhone 11 даст перегрев и 20 FPS. Задача — найти тот предел, где эффект выглядит убедительно при 10 000 частицах или меньше.

Выбор инструмента: Unity vs SpriteKit vs Metal

Большинство мобильных игр используют одно из трёх: Unity Particle System (Shuriken), Apple SpriteKit SKEmitterNode, или кастомную систему на Metal/OpenGL ES/Vulkan для особых требований.

Unity Shuriken — де-факто стандарт. Визуальный редактор, поддержка Sub Emitters, GPU Instancing, Burst компилятор для CPU-симуляции. VFX Graph (GPU-симуляция через Compute Shaders) работает на мобиле начиная с Metal (iOS 12+) и Vulkan (Android API 24+). На старых устройствах VFX Graph недоступен — нужен fallback на Shuriken.

SpriteKit SKEmitterNode — для 2D-игр нативно на iOS. Простой, быстрый, без overhead Unity. Но ограниченный: нет Sub Emitters, нет custom shaders без Metal. Для несложных эффектов (огонь, дождь, конфетти) достаточно.

Бюджет частиц и GPU ограничения

На мобильных GPU (Apple A-серия, Adreno, Mali) bottleneck часто не в числе частиц, а в overdraw — количестве раз, которое один пиксель экрана перерисовывается за кадр.

Полупрозрачные частицы с аддитивным blending (Additive shader mode) дают overdraw кратно числу слоёв. На взрыве из 5000 частиц в центре экрана реальный overdraw может быть 50–100x. Это убивает fill rate даже на A15.

Стратегии снижения:

• Texture Atlasing: все спрайты частиц — в один атлас 512×512 или 1024×1024. Минус drawcall на каждую смену текстуры
• Billboard imposters: для объёмных эффектов (облако взрыва) — quad с запечённой текстурой вместо сотен сфер
• LOD для частиц: на расстоянии / при низком fps — уменьшить maxParticles вдвое через QualitySettings.particleRaycastBudget или кастомный LOD-менеджер

// Unity: динамический LOD системы частиц по FPS
public class ParticleLODManager : MonoBehaviour {
    [SerializeField] private ParticleSystem targetSystem;
    private ParticleSystem.MainModule _main;
    private float _fpsTimer;

    void Start() {
        _main = targetSystem.main;
    }

    void Update() {
        _fpsTimer += Time.deltaTime;
        if (_fpsTimer < 1f) return;
        _fpsTimer = 0;

        float fps = 1f / Time.smoothDeltaTime;
        if (fps < 45f) {
            _main.maxParticles = Mathf.Max(100, _main.maxParticles / 2);
        } else if (fps > 58f && _main.maxParticles < originalMax) {
            _main.maxParticles = Mathf.Min(originalMax, _main.maxParticles * 2);
        }
    }
}

Кастомные шейдеры для мобильных VFX

Встроенные Unity шейдеры для частиц (Particles/Standard Unlit) безопасны, но ограничены. Для dissolve-эффекта, heat distortion, energy shield — нужен кастомный шейдер.

На мобиле правила жёсткие: нет discard в шейдере (ранний Z-test ломается, fill rate падает), минимум texture samples, избегаем dependent texture reads. Shader Model 2.0 как baseline для широкого охвата.

Пример простого distortion-эффекта для взрыва (Unity HLSL):

CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"

sampler2D _NoiseTex;
float _DistortionStrength;
float _FadeEdges;

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    float2 noise = tex2D(_NoiseTex, i.uv + _Time.y * 0.3).rg * 2 - 1;
    float2 distortedUV = i.uv + noise * _DistortionStrength * i.color.a;

    float edge = 1 - saturate(distance(distortedUV, float2(0.5, 0.5)) * _FadeEdges);
    fixed4 col = tex2D(_MainTex, distortedUV) * i.color;
    col.a *= edge;
    return col;
}
ENDCG

i.color.a — это alpha частицы от Unity Particle System, синхронизируется с lifetime. Distortion затухает вместе с частицей автоматически.

Эффекты на SpriteKit: огонь и конфетти

SKEmitterNode настраивается либо в редакторе Xcode (.sks файл), либо программно. Программно — предпочтительно для динамических параметров:

func makeFireEmitter() -> SKEmitterNode {
    let emitter = SKEmitterNode()
    emitter.particleTexture = SKTexture(imageNamed: "spark")
    emitter.particleBirthRate = 120
    emitter.particleLifetime = 1.2
    emitter.particleLifetimeRange = 0.4
    emitter.particleSpeed = 80
    emitter.particleSpeedRange = 40
    emitter.emissionAngle = .pi / 2  // вверх
    emitter.emissionAngleRange = .pi / 8
    emitter.particleScale = 0.15
    emitter.particleScaleSpeed = -0.1
    emitter.particleAlphaSpeed = -0.8
    emitter.particleColorSequence = SKKeyframeSequence(
        keyframeValues: [SKColor.yellow, SKColor.orange, SKColor.red, SKColor.clear],
        times: [0, 0.3, 0.7, 1.0]
    )
    emitter.particleBlendMode = .add
    return emitter
}

.add blending — аддитивное смешение. Огонь и искры выглядят светящимися. Не используем для дыма и пыли — там нужен .alpha.

Инструменты профилирования GPU

Xcode Metal Debugger — frame capture для Metal-игр. Видно каждый draw call, текстуры, overdraw visualization. Для Unity на iOS: через Xcode GPU Frame Debugger при подключении через USB.

Android GPU Inspector (AGI) — от Google для Adreno и Mali. Frame Profiler показывает pipeline stages, где GPU ждёт.

Unity Profiler — встроенный, покажет время CPU/GPU на рендер каждого эффекта. Rendering → ParticleSystem.Update занимает > 2ms — смотрим на CPU-симуляцию и снижаем maxParticles или переходим на GPU Mode.

Процесс работы

Технический арт-дирекшн: какие эффекты нужны, их частота на экране одновременно, целевые устройства. Разработка шейдеров и систем частиц в редакторе с профилированием на слабом Android-девайсе. Настройка LOD-системы. Интеграция в игровой движок, тест на тепловые throttling (10-минутная игровая сессия с анализом температуры).

Ориентиры по срокам

3–5 рабочих дней на базовый набор VFX (3–5 типов эффектов). Сложная кастомная система на Metal Compute Shaders — от 2 недель.