这是蓝紫非常重要的一种渲染引擎，它满足如下渲染范式：

color(p) = f(p_x, p_y)

也就是说，我们的渲染程序需要根据画布上每一个点的坐标给出颜色。这样的渲染模型看起来就是一个二维渲染范式，但实际上，我们可以很容易的实现三维渲染，前提是我们手动放置相机以及处理投射关系。

canvasfs 使用 WebGL 2.0 Fragment Shader 进行渲染，

canvasfs 的程序由两部分组成，首先是一段 $JS 程序作为主控程序，另外就是运行在 GPU 上的 $FS（Fragment Shader）程序。JS 主控程序负责初始化画布，并调取可能使用到的纹理等等资源。

const canvas = await Lan.canvasfs(width, height, options);

一个典型的 JS 主控程序如下：

const canvas = await Lan.canvasfs(1800, 1200, {
  preludes : 'base,cmpx',
  replaces : {from:'to'},
  textures : ['T02', {source:'T03', mipmap:true, flipy:false}],
  texflipy : true,
  painters : 'P1,P2',
  tilesize : 300,
});
await Lan.loop(canvas.render);

初始化画布之后，除了常规的画布接口，我们得到的 canvas 对象还具有如下几个额外接口：

该接口为渲染接口，通常我们会调用 Lan.loop(canvas.render) 来进行持续的动画渲染，当然，我们也可以直接调用 canvas.render 来渲染某一帧画面。loop 参数与 Lan.loop 需要的参数一致，同样是一个 JSON 带有如下属性：

• time：从 loop 开始到现在经过的秒数（float），去掉了程序暂停时间；
• timeDelta：从上一帧到现在的秒数（float）增量；
• frame：从 loop 开始到现在的帧数，从 0 开始计数。

属性。我们可以通过 run[x] 访问 @run 函数，比如：canvas.run0 访问第 0 个 @run 函数。返回的对象有如下属性或方法：

• number：int，@run 函数编号，从 0 开始；
• active([active_status])：读取或设置 @run 函数是否活跃，不活跃的 @run 函数将不会运行；
• target([render_target])：读取或设置 @run 函数渲染目标，参考 2.1 节的 @target 标记。

使用示例参见 Gaussian Kernel。

编写 $FS 程序，即 Fragment Shader，实现渲染。

在 $FS 程序里可以编写一个或多个按照顺序执行的 @run 函数，编号从 0 开始，它们是 Fragment Shader 的渲染函数。每一个 @run 函数渲染结束后都会将数据写入到对应的输出纹理（outcome），比如，第 0 个 @run 函数输出到 outcome0。屏幕（画布）上显示的结果是最后一个被执行的 @run 函数的输出。

@run 函数基本形式如下：

@run {
  vec3 color = vec3(0);
  // do some calculations to get a correct color
  FLUSH(color);
}

大概意思是，在 Fragment Shader 的 @run 函数里做一些计算，然后输出颜色。我们还可以使用 @active 来决定其是否活跃，以及给 @run 提供一个注释性质的名字或描述：

@run @active(false) post process {
  // code ...
}

默认的 @active 值为 true，表示正常运行该函数。此外，当我们需要极致渲染性能的时候，可以使用 @target 告诉渲染引擎此 @run 函数的渲染目标：

@run @target(screen) this would be the LAST rendering action {
  // code ...
}

渲染目标的可能取值如下：

• buffer
  默认值，渲染到缓冲，渲染结束后再拷贝到 outcome 纹理中；
• texture
  渲染输出不写入缓冲，直接进入到 outcome 纹理中，好处是节省了数据从缓冲拷贝到纹理的过程，但因纹理被写锁定，@run 函数不能读取自己的 outcome 数据，参见示例：域翘曲；
• tank
  渲染到 outcome 纹理中进行累加，特别适合渐进渲染。与 texture 情况类似，@run 函数不能读取自己的 outcome 数据。具体使用示例请参见：折射；
• screen
  直接渲染到屏幕，当一个 @run 函数直接渲染到屏幕之后，意味着渲染流程结束，渲染结果不会进入到 outcome 缓冲，所有后续渲染操作都会停止。示例参见 光线追踪。

当没有渲染到屏幕的 @run 函数时，我们会将最后一个 @run 函数的输出渲染到屏幕。

• uTime：float，从程序运行起经过的秒数；
• uTimeDelta：float，自上一帧到本次渲染经过的秒数；
• uFrame：int，帧编号（计数），从 0 开始；
• uMouse：{curx, cury, oldx, oldy, hitx, hity, down, amid}，其中的坐标（前六个参数）均为 float，-2e10 代表 undefined。down 以及 amid 为 int，取值 0 和 1。

• PI：float，3.1415926535897932
• PI_2：float，1.5707963267948966
• TAU：float，6.2831853071795864
• ASPECT：float，图像宽高比（DX / DY）；
• DX：float，图像宽度；
• DY：float，图像高度；
• DXY：vec2，图像宽度及高度；
• CX：float，图像宽度的一半，即 X 中心位置；
• CY：float，图像高度的一半，即 Y 中心位置；
• CXY：vec2，图像宽度及高度的一半，即 XY 中心位置；
• COORD：{int x, int y, ivec2 xy, int id}，当前点的坐标（像素坐标），其中 id = y * DX + x；
• UV：vec2，当前点的坐标（像素坐标），其值与 COORD.xy 相等；
• UV11：vec2 UV11 = UV / DXY，当前点坐标归一化到 [0, 1] 范围内，不考虑 ASPECT，图像中心点为 [0.5, 0.5]；
• UVx1：vec2 UVx1 = (UV - CXY) / DX，当前点坐标 X 方向归一化到 [-0.5, +0.5]，即宽度为 1，Y 方向按 ASPECT 适配，图像中心点为 [0, 0]；
• UVy1：vec2 UVy1 = (UV - CXY) / DY，当前点坐标 Y 方向归一化到 [-0.5, +0.5]，即高度为 1，X 方向按 ASPECT 适配，图像中心点为 [0, 0]；
• UVx2：vec2 UVx2 = (UV - CXY) / CX，当前点坐标 X 方向归一化到 [-1.0, +1.0]，即宽度为 2，Y 方向按 ASPECT 适配，图像中心点为 [0, 0]；
• UVy2：vec2 UVy2 = (UV - CXY) / CY，当前点坐标 Y 方向归一化到 [-1.0, +1.0]，即高度为 2，X 方向按 ASPECT 适配，图像中心点为 [0, 0]；
• outcome：sampler2D，当前 @run 函数输出的数据，即上一帧数据；
• outcome[x]：sampler2D，第 x 个 @run 函数输出的数据，每一个 @run 函数渲染完成后数据都会进入到对应的缓冲区；
• texture[x]：sampler2D 或 samplerCube 类型，第 x 个纹理数据，有可能是图像、视频、数据或者 Cubemap 纹理。

• float rand()：随机数生成器，生成 [0, 1) 之间的均匀分布随机数；
• uint randU()：随机数生成器，生成 uint（0 ～ 0xFFFFFFFF）随机数；
• vec4 PRIOR()：获取当前点的上一帧颜色；
• vec4 PRIOR(ivec2|vec2 p)：获取 p 点的上一帧颜色；
• vec4 PRIOR(sampler2D outcomex)：获取当前点在第 x 个 @run 输出的颜色；
• vec4 PRIOR(sampler2D outcomex, ivec2|vec2 p)：获取 p 点在第 x 个 @run 函数输出的颜色；
• FLUSH(float|vec3|vec4 c)：将颜色 c 写入到下一帧；
• ACCUM(float|vec3|vec4 c)：将上一帧颜色加上颜色 c 后写入到下一帧，alpha 代表累加次数，在显示的时候实际渲染的颜色为 vec4(color.rgb / color.w, 1)，也就是用 color.w 对 rgb 颜色进行归一化处理。参见向导程序 路径追踪。

我们可以通过 preludes 加载扩展库，蓝紫内置了几个常用的扩展库，用于一些特定的场景。比如，base 提供一些常用操作，cmpx 提供二维复数操作。某些扩展库里有模版函数，相关情况请参考博客：蓝紫 GLSL 模版函数。加载扩展库可以有如下几种方式：

preludes : 'base,pale,/lib/url'
preludes : ['base,pale', '/lib/url']

以下是蓝紫内置的 GLSL 扩展库，可直接通过名称导入，名称不区分大小写：

• base：常用基础支持，包括常量以及一些函数
• hash：噪声函数
• cmpx：二维复变函数
• quat：四维复变函数
• sdf2：平面 SDF 函数
• sdf3：三维 SDF 函数
• int3：三维几何体解析求交算法
• rays：三维光线追踪相关函数
• color：调色板、颜色空间转换、色调映射及颜色混合等
• filter：纹理滤波函数
• pattern：二维重复图案（repeating patterns）

通过在 options 参数里指定 textures 可以加载纹理，可以有如下几种方式：

textures : 'T01,T02'
textures : {source:'V01', mute:false, wrap:'mirrored'}
textures : ['T01', {source:'T02', mipmap:true, blur:8, scale:2}]

其中的 mipmap、blur 以及 scale 是专门针对图片纹理的选项，参见向导程序：KIFS 分形。加载 HDRI 或 Cubemap 也是同样的方式：

textures : 'H01,C01'

除了可以将图像、视频加载为纹理外，还可以将音频加载为纹理：

textures : 'A01'
textures : {source:'.....', audio:true, loop:true}

当 source 设置为 'camera' 时，我们会试着打开设备的照相机：

textures : 'camera'
textures : {source:'camera'}

我们还可以将一个 HTMLCanvasElement 作为纹理源，当 live 为 true 时，会实时更新，具体情况请参考示例程序：Canvas Texture。

textures : {source:canvas_element, live:true}

最后，是数据纹理，我们可以使用 Float32Array 作为数据纹理源，设置好宽度（width）或高度（height），不设置尺寸的时候，认为宽度为整个数据长度：

const data = new Float32Array([1,2,3,4,5,6]);
textures : {source:data, width:2}

这样就得到了一个 2x3 大小的数据纹理。关于数据纹理的使用，请参考示例程序：Gaussian Kernel。

蓝紫内置资源中有颜色桶支持，我们可以在 options 中指定颜色桶（painters），然后通过 color 附加库中的 painter 函数获取颜色。使用代码请参考官方 Demo：WebGL Painters。

在 options 里指定 replaces 项，可在 WGSL 代码中进行字符串替换操作。

{
  replaces : {NUMBER1:1000},
}

通过这样的设定，GLSL 代码中所有的 NUMBER1 都将被替换为 1000。使用例子请参考向导程序：二维域翘曲渲染。

通过字符替换，我们可以将 JS 中的值“代入”到 Shader 代码中，这样的好处是快速，Shader 会将那些代入的值作为常量。但这样就无法在程序运行过程中将 JS 中计算得到的数据传入 Shader 程序中。我们提供的 uniforms 就可以解决这类问题。通过在 options 声明：

{
  uniforms : { UniformName : InitialValue, ... },
}

这样我们就可以在 Shader 程序中使用 UniformName 了。要在 JS 中更新，只需要这样：

canvas.uniforms.UniformName = new_value;

需要注意的是，UniformName 必须以大写字母开头，并且目前只提供 float 类型的 uniform 变量支持。详细使用例子，请参考向导程序：光线追踪。

我们在 $FS 程序中通过 @run 函数进行渲染并输出到自己的缓冲 outcome 中，比如，第 0 个 @run 函数输出到 outcome0。在 @run 函数渲染过程中，有可能会用到之前渲染输出的数据，我们通过 PRIOR 函数可以很方便的取得。但在 @run 函数首次运行的时候，这些数据都是空的，即，RGBA 全部为 0。我们可以通过 options.initfill 来为第 0 个 @run 函数提前准备数据。

initfill : (x, y) => {
  var r, g, b, a;
  // calculate ...
  return [r, g, b, a];
}

具体例子请参见示例程序：Paint Flow。

在渐进渲染静态图像的时候，如果渲染流程特别耗时，我们可以采用分块渲染来提高帧率，不至于让 WebGL 崩溃而无法渲染。分块渲染参数为 tilesize，通过该参数指定分块大小：

tilesize : 300 // 300 x 300
tilesize : '300x200' // 300 x 200
tilesize : '400,1' // 400 x 1

当只有一个数字的时候，我们按照正方形处理。当同时指定宽高的时候，可以使用任意非数字符号分割宽高数字。详细使用例子，请参考向导程序：路径追踪。

缺省情况下，我们都是采用 highp 精度的数据，可以通过在 options 中配置 bitlevel 调整数据精度：

• high
• medium
• low

另外，输出纹理的精度，缺省情况下为 32 位精度，缺少 EXT_float_blend 扩展的时候（大部分手机上）为 16 位精度。我们可以通过设置 force16f 将精度强制设置为 16 位。大部分情况下，我们不需要对精度进行调整，精度调整对程序性能的影响不是很显著。