高斯模糊：原理与 WebGL 工程实现

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2023-09-07 12:54:40

在图像处理的世界里，高斯模糊是一种至关重要的技术，广泛应用于图像平滑、背景虚化和降噪等领域。它以其独特的柔化效果和自然过渡而备受青睐。本文将深入探讨高斯模糊的原理，并通过 WebGL 工程实现，揭示其在现代图形应用程序中的实际应用。

高斯模糊原理

高斯模糊的本质是卷积操作，它通过将一个权重核（或称为掩膜）与图像中的每个像素进行加权平均，来实现模糊效果。权重核中的权重根据高斯分布分配，中心像素的权重最大，随着远离中心距离的增加，权重呈指数递减。

高斯分布以其钟形曲线而闻名，它了一个在平均值附近集中，两侧逐渐衰减的概率分布。应用于卷积操作中，高斯分布权重核可以平滑图像中的 резкие переходы 和噪声，同时保留重要的特征和边缘。

WebGL 工程实现

WebGL（Web Graphics Library）是一种 JavaScript API，允许开发人员直接使用 GPU（图形处理器）在 Web 浏览器中呈现 3D 图形。它提供了一种强大而高效的方式来实现各种图形效果，包括高斯模糊。

要使用 WebGL 实现高斯模糊，我们需要创建一个片段着色器，它是一个程序，负责计算每个像素的颜色。片段着色器将接收纹理坐标作为输入，并应用高斯模糊权重核进行卷积操作。

以下是一个 WebGL 片段着色器的示例，用于实现高斯模糊：

precision mediump float;

uniform sampler2D u_image;
uniform vec2 u_texelSize;
uniform float u_blurSize;

varying vec2 v_texCoord;

void main() {
  vec2 uv = v_texCoord;
  vec4 sum = vec4(0.0);
  float weightSum = 0.0;

  for (int x = -int(u_blurSize); x <= int(u_blurSize); x++) {
    for (int y = -int(u_blurSize); y <= int(u_blurSize); y++) {
      vec2 offset = vec2(x * u_texelSize.x, y * u_texelSize.y);
      float weight = exp(-(x * x + y * y) / (2.0 * u_blurSize * u_blurSize));
      vec4 color = texture2D(u_image, uv + offset);
      sum += color * weight;
      weightSum += weight;
    }
  }

  gl_FragColor = sum / weightSum;
}