Современные игры и интерактивные приложения требуют не только захватывающего геймплея, но и визуально выразительных эффектов, способных создавать атмосферу и погружать игрока в виртуальный мир. Эффект светового пучка, особенно в сочетании с объемным светом и дымкой, способен значительно усилить восприятие сцены и добавить глубины изображению. В то время как в Godot уже присутствует поддержка объемного тумана, она зачастую не дает того четкого и выразительного результата, который нужен в определенных ситуациях. Именно поэтому световой пучок, реализованный через кастомный шейдер с применением техники billboarding, становится отличным выбором для разработчиков, стремящихся к высокому качеству при минимальных затратах ресурсов. Техника, вдохновленная классикой игровой индустрии, в частности, эффектами из Half-Life 2, позволяет создать иллюзию реализованного объемного света без массивных затрат на вычисления.
В Half-Life 2 световые лучи создавались не настоящей объемной подсветкой, а подобием текстуры с поворотом к камере - Z-billboard. Этот прием делает пучок заметным лишь при взгляде сбоку, а при взгляде фронтально свет постепенно исчезает, скрывая плоскую природу объекта. Такой подход позволяет достичь резкой и четкой визуализации пучка, который меньше размыт и выглядит выразительнее на экране. В Godot можно воспроизвести этот эффект с помощью небольшого custom shader. Для этого необходимо создать плоскость, MeshInstance3D с PlaneMesh, и применить к нему материал с соответствующим шейдером.
Сам шейдер реализует несколько ключевых этапов, делающих эффект реалистичным и управляемым с помощью параметров. Основная техническая особенность - billboarding, позволяющий повернуть плоскость всегда лицом к игроку. Для этого в вершинном шейдере вычисляются новые базисные векторы, определяющие локальные оси объекта. Вектор локального направления света (оси Z) остается постоянным, а оси X и Y пересчитываются так, чтобы плоскость поворачивалась к позиции камеры. Методика основывается на вычислении вектора направления к камере и построении ортонормированной системы координат через векторное произведение.
Результирующая матрица используем для трансформации модели в мировом пространстве и корректного отображения на экране. Такой подход не требует изменения самих геометрических данных и хорошо оптимизирован для работы на GPU. Для визуальной части шейдер отказывается от традиционного освещения, выключает расчеты теней и переключается на альфа-блендинг в режиме "аддитивного" смешивания. Это позволяет добиться эффекта полупрозрачного света, который красиво накладывается на сцену, усиливает источник и имитирует рассеивание в воздухе. Сам пучок рисуется не с использованием текстуры, а посредством вычисления формы луча непосредственно в фрагментном шейдере.
Это дает разработчику возможность гибко контролировать внешний вид, форму и "жесткость" конуса, накладывать градиенты и динамические шумы. Для контроля формы используется функция мощности на координату по вертикали (от основания к кончику пучка), что задает кривизну конуса - от тончайшего к расширяющемуся. Параметры ширины у основания и в верхней точке позволяют моделировать пучки различной формы и размера. Горизонтальная маска плавно сглаживает края луча, а параметр sharpness регулирует, насколько резкими или мягкими они будут. Вертикальная маска отвечает за затухание по длине пучка и корректирует видимость у основания, исключая резкие визуальные артефакты.
Такой уровень настройки позволяет подогнать пучок под конкретное освещение или сцену. Дополнительной изюминкой становится возможность наложения градиентов и анимированного шума сверху на базовую форму. Градиент помогает добавить разнообразие и имитировать рассеянный свет, плавно меняющийся по ширине луча. Анимированный шум представлен в виде реактивно движущейся текстуры шума, создающей эффект мельчайших частиц пыли или дымки внутри пучка. Чтобы избежать синхронности и повторов на разных источниках света, а также сделать анимацию уникальной для каждого объекта, используются сдвиги координат на основе мировых позиций объектов.
Такой подход повышает реализм и визуальную сложность без существенных затрат производительности. Особое внимание в шейдере уделено корректному скрытию пучка при взгляде строго по оси луча. Поскольку плоскость рендерится как "билборд" с вращением только вокруг локальной оси Z, при взгляде фронтально она плохо видна и может создать артефакты. Для этого рассчитывается скалярное произведение направления к камере и локальной оси Z, и итоговая прозрачность плавно снижается в зависимости от угла. Благодаря этому эффект светового пучка выглядит надежно и естественно с любых ракурсов.
Кроме того, в шейдере реализован механизм плавного затухания пучка при наложении с геометрией сцены. Используется буфер глубины (depth buffer), который позволяет вычислить расстояния до объектов и предотвратить нежелательное прохождение света через стены или предметы. Такой прием снижает визуальные пересечения и поддерживает целостность изображения, делая световой пучок органичной частью окружения. Реализация эффекта на практике весьма проста: нужно создать MeshInstance3D с плоскостью, назначить к ней материал с этим шейдером, отрегулировать параметры цвета, размера, кривизны конуса, частоты и интенсивности шума. Можно дополнительно добавить в сцену SpotLight3D с такими же параметрами и в скрипте связывать значения света с параметрами шейдера для синхронизации визуального и физического освещения.
Это позволит избегать дублирования работы и облегчить настройку сцены. Преимущество такого подхода состоит не только в визуальной выразительности, но и в низком влиянии на производительность. В отличие от полноценного объемного света, который требует тяжелых вычислений и зачастую дает размытую картинку, здесь используется простая геометрия и вычисления непосредственно в шейдере. Это делает эффект доступным даже для проектов с ограниченными ресурсами и мобильных платформ. Важно понимать, что эффект светового пучка, реализованный подобным образом, не является настоящим объемным освещением.
Это скорее визуальная иллюзия, которая в определенных сценариях и ракурсах работает отлично, но при движении камеры может выдавать свою двумерную природу. Поэтому рекомендуется применять его там, где камера либо не поворачивается резко, либо расстояния достаточно большие. Для динамичных сцен с множеством камер лучше комбинировать с традиционными методами объемного освещения и использовать подобные билборды как дополнение. Конечно, создание таких шейдеров требует определенных знаний в области линейной алгебры, графического программирования и работы с Godot Shader Language. Но благодаря детальному разбору, доступному коду и предварительно подготовленным материалам можно быстро освоить основы и настроить эффект под собственные нужды.
В целом, создание светового пучка через кастомный шейдер в Godot - отличный способ улучшить визуализацию сцены и добавить реалистичных деталей. Использование техники billboarding, плавных масок, градиентов и анимированного шума позволяет добиться красивых и выразительных результатов. Благодаря невысоким требованиям к ресурсам этот метод подходит для широкого спектра проектов и раскрывает новые возможности для художников и разработчиков. Такой шейдер становится мощным инструментом для создания запоминающихся световых эффектов и атмосферы, привлекающей внимание и оживляющей игровой мир. .
