一个提高GPU模糊算法的速度的方法

一个提高GPU模糊算法的速度的方法

我们知道，模糊算法，比如高斯模糊是卷积算法的一种应用。计算图像中一个像素的模糊颜色值需要通过采样周围像素的颜色值来计算。

对于GPU应用，比如OpenGL，在shader中进行纹理采样是一个比较费时的操作，所以当我们进行模糊运算时，模糊值越大，需要进行的纹理采样操作就越多，对速度的影响也就越严重。

网上有很多对从算法上进行模糊速度优化的方法，其中Daniel Rákos在他的博文中给出的一种通过利用GPU硬件纹理采样插值的特性优化纹理采样次数的方法是一种很棒的优化。

但是当我们需要进行大范围，高强度的模糊时，特别是在移动设备上时，我们还是很快就会遇到性能瓶颈。本文介绍一种适用于这种情况的简单好用的方法。

在使用OpenGL的纹理对象时，我们经常会使用mipmap。mipmap可以对纹理进行降分辨率处理，并通过level来访问同一个纹理的不同分辨率版本。这样做可以优化纹理采样的速度，并且在很多情况下可以优化纹理采样的效果。

具体mipmap的使用如果不太熟悉的话，网上有很多教程可以参考，这里就不再详细描述了。

当我们知道mipmap的用法时，我们就可以利用mipmap来对模糊算法进行优化。mimap会将纹理进行不同等级的缩放，其中level1会将纹理尺寸缩小当原尺寸的一半，所以当我们将level1的纹理放大到原尺寸时，图像会变得模糊，而这 同样是利用GPU对纹理的硬件采样功能，这种硬件插值采样的速度很快。

具体做法时，当我们进行模糊运算时，我们可以通过降级纹理分辨率的方式来降低模糊采样的的次数。比如，当我们需要进行20个像素的模糊时，我们可以通过对level1的mipmap进行10个像素的模糊，然后把结果放大到原分辨率，这样一来，我们需要计算的像素变成了原来的四分之一，而降低模糊值，同样大幅度减少了像素采样的次数，同样能对性能有大幅度提升。

当然，这种方法的缺点是，当我们对纹理降低分辨率时，我们同时也失去了图像的一些细节，所以过度的缩放会导致模糊的结果的值和实际结果有差异。所以我们只推荐在进行高强度缩放时使用这种方法。

另外在具体实施的过程中，这里有几点提示

1. Mipmap的生成
   
   OpenGL 3.0以前，OpenGL只运行对宽高为2的次方的纹理生成mipmap，比如宽高为512或者1024，如果宽高为300或者400之类的纹理是不可以生成mipmap的。这种情况下，我们可以通过绘制多边形和绘制到纹理的方式来绘制一个尺寸为原尺寸二分之一的纹理。
   
   对应OpenGL 3.0及更新版本，我们可以直接对任何尺寸的纹理生成mipmap。

2. 纹理采样方式的设置
   
   当我们在生成纹理和生成纹理mipmap时候，我们可以设置纹理的采样filter。如果我们想要利用GPU的硬件线性纹理采样，我们需要设置合适的filter。

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);

但是要注意，当我们需要对纹理生成mipmap时，需要设置纹理的filter为支持mipmap的线性采样模式

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);