Vue 3 Custom Renderer：把 Vue 搬到 Canvas 和 WebGL 的奇妙之旅
嘿，各位观众老爷们，晚上好！我是今天的导游，带大家体验一场把 Vue 3 塞进 Canvas 和 WebGL 的冒险之旅。准备好颠覆你对 Vue 的固有印象了吗？系好安全带，发车啦！
第一站：为什么我们需要 Custom Renderer？
首先，让我们思考一个问题：Vue 默认渲染到哪里？没错，是 DOM！但是，如果你的目标不是操作网页上的元素，而是想用 Canvas 画图，或者用 WebGL 渲染 3D 模型呢？难道要放弃 Vue 强大的组件化能力和数据驱动思想，重新用原生 Canvas API 或者 WebGL API 一行一行地写代码吗？
当然不！Vue 3 的 Custom Renderer 就是为了解决这个问题而生的。它允许我们自定义 Vue 的渲染过程，把 Vue 的虚拟 DOM (Virtual DOM, VDOM) 节点“翻译”成 Canvas 指令或者 WebGL 指令，最终实现用 Vue 的方式来控制 Canvas 和 WebGL 的渲染。
简单来说，Custom Renderer 就像一个翻译官，把 Vue 的语言（组件、模板、数据绑定）翻译成 Canvas 或 WebGL 能听懂的语言。
第二站：Custom Renderer 的基本原理
要理解 Custom Renderer，首先要了解 Vue 的渲染流程。简单来说，它包括以下几个步骤：
- 模板编译: 将 Vue 组件的模板编译成渲染函数。
- 创建 VNode: 渲染函数执行后，会生成一个 VNode 树，也就是虚拟 DOM 树。
- Patch: Vue 会将 VNode 树与之前的 VNode 树进行比较（diff 算法），找出需要更新的部分。
- 渲染: Vue 会根据 Patch 的结果，更新真实的 DOM。
Custom Renderer 的核心在于替换了第 4 步的“渲染”过程。它不再更新 DOM，而是根据 VNode 的信息，执行自定义的渲染逻辑。
具体来说，Custom Renderer 需要提供一系列的渲染函数，这些函数对应着 Vue 组件生命周期中的不同阶段，例如：
createApp：创建一个 Vue 应用实例。createElement：创建一个元素节点。createText：创建一个文本节点。insert：将一个元素插入到另一个元素中。patchProp：更新元素的属性。remove：移除一个元素。
这些函数接收 VNode 作为参数，并根据 VNode 的类型和属性，执行相应的 Canvas 或 WebGL 操作。
第三站：实战演练：Canvas Renderer
理论说了那么多，不如来点实际的。我们来创建一个简单的 Canvas Renderer，实现一个可以移动的矩形。
首先，我们需要创建一个 Canvas 元素：
<template>
<canvas ref="canvas" width="500" height="500"></canvas>
</template>接下来，我们需要定义 CanvasRenderer 的配置对象。这可能是整个自定义渲染器中最核心的部分。
import { createApp, h } from 'vue';
const canvasRenderer = {
createElement(type) {
// 在 Canvas 中，不需要创建真实的元素，只需要返回一个 VNode 对象即可
return { type };
},
createText(text) {
return { type: 'text', text };
},
insert(el, parent, anchor = null) {
// 将元素插入到父元素中，实际上是将元素添加到父元素的子元素列表中
if (!parent.children) {
parent.children = [];
}
parent.children.push(el);
},
patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
// 更新元素的属性
el[key] = nextValue;
},
remove(el, parent) {
// 从父元素中移除元素
parent.children = parent.children.filter(child => child !== el);
},
createApp(options){
const app = createApp(options);
const mount = app.mount;
app.mount = (rootContainer) => {
app.config.globalProperties.$canvas = rootContainer; //把canvas传到全局
mount(rootContainer);
}
return app;
}
};这个配置对象定义了 createElement、createText、insert、patchProp 和 remove 等渲染函数。这些函数的功能很简单，就是模拟 DOM 操作，但实际上是在操作 JavaScript 对象。
接下来，我们需要创建一个 Vue 应用，并使用 CanvasRenderer 渲染它。
<template>
<canvas ref="canvas" width="500" height="500"></canvas>
</template>
<script>
import { ref, onMounted, reactive, h } from 'vue';
import { canvasRenderer } from './canvasRenderer';
export default {
setup() {
const canvas = ref(null);
const state = reactive({
x: 100,
y: 100,
width: 50,
height: 50,
color: 'red',
});
const render = () => {
const ctx = canvas.value.getContext('2d');
ctx.clearRect(0, 0, canvas.value.width, canvas.value.height);
function draw(vnode) {
if (vnode.type === 'rect') {
ctx.fillStyle = vnode.color;
ctx.fillRect(vnode.x, vnode.y, vnode.width, vnode.height);
}
if(vnode.children){
vnode.children.forEach((child) => {
draw(child);
})
}
}
draw(vnode);
requestAnimationFrame(render);
};
let vnode = null;
onMounted(() => {
vnode = {
type: 'root',
children: [
{
type: 'rect',
x: state.x,
y: state.y,
width: state.width,
height: state.height,
color: state.color,
}
]
};
render();
});
return {
canvas,
state,
};
},
};
</script>在这个例子中，我们创建了一个 Vue 应用，它渲染一个矩形。矩形的位置、大小和颜色都绑定到 Vue 的 state 对象上。
重点：
- 我们使用了
canvasRenderer.createApp创建了一个 Vue 应用，并使用canvasRenderer.mount将应用挂载到 Canvas 元素上。 - 我们定义了一个
render函数，它负责将 VNode 渲染到 Canvas 上。 - 在
render函数中，我们首先清空 Canvas，然后遍历 VNode 树，根据 VNode 的类型和属性，执行相应的 Canvas 操作。 - 我们使用
requestAnimationFrame循环调用render函数，实现动画效果。
现在，你可以在浏览器中打开这个页面，看到一个红色的矩形。你可以修改 state 对象中的 x、y、width、height 和 color 属性，矩形会实时更新。
第四站：深入 WebGL Renderer
Canvas Renderer 只是小试牛刀，WebGL Renderer 才是真正的硬核挑战。WebGL 允许我们利用 GPU 进行高性能的 3D 渲染，但它的 API 极其繁琐。有了 Vue 3 的 Custom Renderer，我们可以用 Vue 的方式来编写 WebGL 应用，大大提高开发效率。
WebGL Renderer 的实现原理和 Canvas Renderer 类似，只是渲染函数需要执行 WebGL 操作。例如，createElement 函数需要创建 WebGL Buffer，patchProp 函数需要更新 Buffer 中的数据。
由于 WebGL 的复杂性，我们不可能在一个简单的例子中涵盖所有的细节。这里只是提供一个思路：
- 初始化 WebGL 上下文: 在
createApp或onMounted钩子中，获取 Canvas 元素的 WebGL 上下文。 - 创建 Shader: 创建顶点 Shader 和片元 Shader，并编译它们。
- 创建 Buffer: 创建顶点 Buffer 和索引 Buffer，并将数据上传到 GPU。
- 编写渲染函数: 在
render函数中，设置 Shader 的 uniform 变量，绑定 Buffer，并调用gl.drawElements或gl.drawArrays函数进行渲染。
以下是一个简化的 WebGL Renderer 的代码片段：
const webglRenderer = {
createElement(type) {
if (type === 'mesh') {
// 创建 WebGL Buffer
const vertexBuffer = gl.createBuffer();
const indexBuffer = gl.createBuffer();
return { type, vertexBuffer, indexBuffer };
}
return { type };
},
patchProp(el, key, prevValue, nextValue) {
if (el.type === 'mesh' && key === 'vertices') {
// 更新顶点 Buffer 中的数据
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, el.vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(nextValue), gl.STATIC_DRAW);
}
},
insert(el, parent) {
// 将元素插入到父元素中
if (!parent.children) {
parent.children = [];
}
parent.children.push(el);
},
remove(el, parent) {
parent.children = parent.children.filter(child => child !== el);
},
createApp(options){
const app = createApp(options);
const mount = app.mount;
app.mount = (rootContainer) => {
app.config.globalProperties.$gl = gl; //把gl传到全局
mount(rootContainer);
}
return app;
}
};第五站：Custom Renderer 的高级用法
除了基本的渲染功能，Custom Renderer 还可以实现更多高级功能：
- 事件处理: 可以自定义事件处理逻辑，将 Canvas 或 WebGL 事件转换为 Vue 事件。
- 组件复用: 可以将 Vue 组件应用到不同的渲染目标上，例如同时渲染到 Canvas 和 WebGL。
- 性能优化: 可以通过自定义渲染逻辑来优化渲染性能，例如使用 WebGL 的 instancing 技术来渲染大量的相同对象。
第六站：避坑指南
在使用 Custom Renderer 的过程中，可能会遇到一些坑：
- VNode 的生命周期: Custom Renderer 需要正确处理 VNode 的生命周期，例如在 VNode 被销毁时释放 WebGL 资源。
- 性能问题: Custom Renderer 可能会引入性能问题，需要仔细分析和优化渲染逻辑。
- 调试难度: Custom Renderer 的调试难度较高，需要使用 WebGL 的调试工具来分析渲染过程。
总结
Vue 3 的 Custom Renderer 为我们打开了一扇通往非 DOM 世界的大门。它允许我们用 Vue 的方式来编写 Canvas 和 WebGL 应用，大大提高了开发效率和代码的可维护性。虽然 Custom Renderer 的学习曲线比较陡峭，但只要掌握了基本原理，就能发挥出它的强大威力。
Q&A 环节
现在，欢迎大家提问，我会尽力解答你们的问题。
补充说明
为了更好地理解 Custom Renderer，建议大家阅读 Vue 3 的官方文档，并参考一些开源的 Canvas 和 WebGL Renderer 项目。例如，可以参考 pixi-vue 和 three-vue 等项目。
表格：Canvas Renderer 和 WebGL Renderer 的对比
| 特性 | Canvas Renderer | WebGL Renderer |
|---|---|---|
| 渲染目标 | Canvas 元素 | WebGL 上下文 |
| 渲染方式 | 2D 绘图 API | 3D 渲染 API |
| 性能 | 较低，适合简单的 2D 图形 | 较高，适合复杂的 3D 模型和特效 |
| 复杂度 | 较低，容易上手 | 较高，需要掌握 WebGL 知识 |
| 应用场景 | 游戏、数据可视化、UI 组件 | 3D 游戏、3D 建模、虚拟现实 |
| 学习曲线 | 较平缓 | 陡峭 |
结束语
感谢大家的观看！希望今天的讲座能够帮助大家更好地理解 Vue 3 的 Custom Renderer。祝大家在探索非 DOM 世界的旅途中一路顺风！下次再见！