Parte 4 — Gráficos, shaders y rendering moderno

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22 clases · rango 086–107 · El pipeline de render moderno y el lenguaje de shaders de Godot: vertex/fragment, texturas, iluminación, PBR, normal mapping, post-procesado, agua, partículas GPU, instancing y NPR

🧪 Laboratorio ejecutable: esta parte tiene un proyecto Godot real — labs/shaders — una galería de shaders con versión inicio/ (para completar) y solucion/ (referencia), verificada en CI.

Fuentes de referencia de esta parte:

• Tomas Akenine-Möller, Eric Haines et al., Real-Time Rendering (4ª ed., CRC Press).
• Patricio Gonzalez Vivo & Jen Lowe, The Book of Shaders — gratis online.
• Documentación de shaders de Godot 4.
• Physically Based Rendering (Pharr, Jakob, Humphreys) — teoría de PBR.

🎯 ¿De qué trata esta parte?

Los gráficos de un juego no salen "gratis" del motor: detrás hay un pipeline de render y un lenguaje de shaders que decide cómo se dibuja cada píxel. Esta parte desmonta ese proceso y te enseña a escribir shaders propios en Godot 4. Empezamos por entender el pipeline moderno (rasterización, y un vistazo al ray tracing), la estructura de un shader y sus etapas: vertex (deformar geometría) y fragment (color por píxel), con UVs y muestreo de texturas.

Luego construimos efectos reales: iluminación (Lambert, Phong, especular) y el modelo PBR (metallic/roughness) que usan los juegos modernos, normal mapping para detalle de superficie, shaders 2D sobre sprites (disolución, outline), post-procesado a pantalla completa (bloom, vignette, aberración cromática, CRT), sombras, transparencia, agua animada, partículas en GPU, instancing/MultiMesh para miles de objetos, y estilos no fotorrealistas (toon/cel shading). Cerramos con compute shaders, optimización en GPU, las herramientas visuales (VisualShader) y un capstone que aplica un set de shaders y post-procesado a un nivel.

🧩 Problemas que resuelve

• Tratar los shaders como magia: no poder crear ni modificar un efecto visual propio.
• Materiales que se ven "de plástico" por no entender PBR ni la iluminación.
• Superficies planas y sin detalle por no usar normal maps.
• Efectos de pantalla (bloom, viñeteado, glitch) que no sabes implementar.
• Juegos que se arrastran al dibujar mucha vegetación o multitudes (sin instancing).
• Shaders que funcionan pero matan el rendimiento por no medir su coste en GPU.

🎓 Resultados de aprendizaje

Al terminar la parte, el alumno podrá:

• Explicar el pipeline de render moderno y las etapas programables (vertex/fragment).
• Escribir shaders en el lenguaje de Godot 4, con texturas, UVs y uniforms.
• Implementar iluminación, materiales PBR y normal mapping.
• Crear efectos 2D sobre sprites y post-procesado a pantalla completa.
• Programar agua animada, partículas en GPU e instancing con MultiMesh.
• Lograr estilos artísticos con toon/cel shading (NPR).
• Medir y optimizar el coste de un shader en la GPU.

🧱 Prerrequisitos

• Partes 0–2 (pipeline gráfico introductorio, coordenadas, color/texturas, escenas 3D).
• Nociones de vectores y producto punto (Parte 0 / Parte 3).
• Godot 4.x con una GPU que soporte Vulkan (recomendado) para todos los efectos.

📚 Las 22 clases

Con lo visual bajo control, la Parte 5 da vida al mundo: IA de enemigos y NPCs con FSM, behavior trees, pathfinding y percepción.