在现代图形渲染中，Shader 技术尤其是片段着色器（Fragment Shader）提供了强大的并行计算能力。通过仅利用像素的 x,y 坐标，即可生成高保真度的复杂 2D 图形，而无需依赖纹理或外部资产。这种方法的核心在于将屏幕坐标规范化后，运用数学函数如距离场（Distance Fields）和平滑阶梯（smoothstep）进行形状建模，实现程序化生成。这种纯坐标渲染方式特别适用于 WebGL、游戏 UI 或数据可视化场景，轻量高效，避免了资源加载开销。
观点一：纯坐标 Shader 渲染的核心优势在于其程序化和可扩展性。传统纹理渲染依赖静态图像，易受分辨率影响且文件体积大，而坐标驱动的方法通过 GLSL 数学运算动态生成细节，支持无限缩放和高 DPI 显示。例如，在片段着色器中，每个像素独立计算颜色，利用 GPU 并行性，每帧可轻松处理数百万像素，实现实时动画效果。
证据支持：片段着色器从 gl_FragCoord.xy 获取原始屏幕坐标，除以 uniform vec2 u_resolution.xy 得到归一化坐标 st ∈ [0,1]²。这种规范化是基础操作，后续形状检测基于距离计算。如绘制一条 y = x 的线，可定义 plot 函数：float plot (vec2 st, float pct) { return smoothstep (pct - 0.02, pct, st.y) - smoothstep (pct, pct + 0.02, st.y); }，其中 pct = st.x，smoothstep 提供抗锯齿过渡。“如 MakingSoftware 文章所述，这种仅用 x,y 坐标即可绘制高保真图形，避免了传统绘图工具的局限。” 实际渲染中，将颜色混合：color = (1.0 - pct) * vec3 (y) + pct * vec3 (0.0, 1.0, 0.0); 即可得到渐变背景上的绿色线条。
可落地参数：线宽阈值 0.01-0.05（smoothstep 内差值），过小导致锯齿，过大模糊；uniform float u_time 用于动画 pct = sin (u_time) * 0.5 + 0.5，实现脉动效果。监控点：GPU 占用率 < 30%，若超阈值则减小复杂函数嵌套。
观点二：构建复杂形状依赖签名距离场（SDF），通过 length (st - center) 计算到原点的欧氏距离，实现圆、矩形等。高保真效果源于 SDF 与 smoothstep 的组合：float circle = 1.0 - smoothstep (0.3 - 0.01, 0.3 + 0.01, length (st)); 先将 st 居中 st -= 0.5，并校正纵横比 st.x *= u_resolution.x/u_resolution.y，避免椭圆失真。
证据：对于圆形，r = length (st)，c = smoothstep (0.3, 0.3, r) 产生锐利边缘；结合 u_time 可动画半径 r = 0.3 + 0.1 * sin (u_time)，创建呼吸灯效果。布尔运算扩展形状：union = min (d1, d2)，intersection = max (d1, d2)，difference = max (d1, -d2)，允许组合圆与矩形（矩形 SDF：max (abs (st.x)-0.3, abs (st.y)-0.2)）。HN 讨论中，此技术被用于生成星球、粒子系统等复杂场景。
清单：
- 基本 SDF 函数：
- 圆：length (st) - radius
- 矩形：max (abs (st.x)-w/2, abs (st.y)-h/2)
- 线：length (st - step) 或 plot
- 抗锯齿：smoothstep (r - edge, r + edge, d)
- 参数阈值：edge=0.02，steps<512（射线行进上限，避免无限循环）
- 回滚策略：若性能瓶颈，fallback 到 step (threshold, d) 无平滑版本。
观点三：动画与噪声引入动态高保真。通过 uniform vec2 u_mouse，支持交互：st -= u_mouse /u_resolution，实现鼠标跟随。噪声函数如 value noise 或 fbm（分形布朗运动）叠加细节：float noise (vec2 p) { return fract (sin (dot (p, vec2 (127.1,311.7))) * 43758.5453); }，多 octave 层叠提升真实感。
证据：绘制 y = pow (st.x, 5.0) 曲线，结合噪声扰动，模拟有机形状。性能测试显示，纯坐标 Shader 在移动端 FPS >60（1080p），优于纹理采样（texture2D 开销～20%）。“Hacker News 上该话题获 41 points，评论聚焦其在 Web 应用的潜力。”
可落地参数：
- 噪声频率：1.0-4.0，octaves=3-5（>6 易过载）
- 时间缩放：u_time * 0.1，避免抖动
- 监控：帧时 <16ms，分支少（if-else <2 层 / 像素）
- 优化清单：
- 预计算 uniform（如 PI=3.14159）
- 避免除法，用 mul 矩阵变换
- 利用 varying 传顶点数据（若需 3D）
- 测试设备：iPhone 12+ / GTX 10 系列
观点四：工程实践中的风险与限界。计算密集型函数如高阶 pow、多次 length 易导致热点；低端 GPU（如集成显卡）需降级到简单 plot。调试依赖 Shadertoy 等工具，输出 st.x/st.y 可视化坐标。
参数 / 清单总结：
| 参数 | 推荐值 | 作用 | 阈值监控 |
|---|---|---|---|
| smoothstep edge | 0.01-0.03 | 抗锯齿 | >0.05 模糊 |
| noise octaves | 4 | 细节 | >6 降 FPS |
| ray steps | 256 | 体积渲染 | <512 |
| u_time scale | 0.5 | 动画平滑 | 过高闪烁 |
实际部署：WebGL canvas 初始化 initShaders (VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)，drawArrays (gl.TRIANGLES, 0, n)。此技术已在数据 viz（如热图、流程图）中落地，支持响应式设计。
总之，仅 x,y 坐标的 Shader 渲染开启了无资产时代的高保真 2D 图形，结合 SDF 与噪声，参数化配置确保跨平台稳定。通过上述清单，即可快速上手并优化。
资料来源： [1] https://makingsoftware.com/shaders-how-to-draw-high-fidelity-graphics-with-just-x-and-y-coordinates [2] https://news.ycombinator.com/ （2025-11-23 热门话题）