一、高斯模糊的技术原理与Android应用场景

高斯模糊是一种基于正态分布的图像处理技术，通过计算像素点周围邻域的加权平均值实现平滑过渡。其核心在于权重矩阵（高斯核）的设计，中心像素权重最高，向外逐渐衰减，形成类似钟形曲线的分布。这种特性使得高斯模糊既能有效模糊图像，又能保留主体轮廓，广泛应用于Android应用的背景虚化、图片编辑、UI过渡效果等场景。

在Android传统实现方式中，CPU通过双重循环遍历像素并计算加权和，性能瓶颈明显。以1080P图像为例，单次高斯模糊需处理约200万像素，每个像素涉及9-25次加权运算，导致帧率下降甚至ANR（Application Not Responding）。而OpenGL的并行计算能力可同时处理数千像素，将耗时从秒级降至毫秒级，尤其适合实时性要求高的场景。

二、OpenGL实现高斯模糊的核心步骤

1. 环境准备与基础配置

首先需在Android项目中集成OpenGL ES 2.0+支持。在AndroidManifest.xml中声明<uses-feature android:glEsVersion="0x00020000" />，并在布局文件中添加GLSurfaceView。创建渲染器类实现GLSurfaceView.Renderer接口，重写onSurfaceCreated、onSurfaceChanged和onDrawFrame方法。初始化阶段需加载着色器程序，通过GLES20.glCreateProgram()创建程序对象，并分别编译顶点着色器和片段着色器。

2. 双通道渲染架构设计

高效实现高斯模糊需采用双通道渲染：第一通道水平模糊，第二通道垂直模糊。此架构利用分离滤波器特性，将二维高斯核分解为两个一维核，计算量从O(n²)降至O(2n)。具体实现时，创建两个帧缓冲对象（FBO），每个FBO关联一个纹理附件。首轮渲染将原始图像渲染至第一个FBO，执行水平方向模糊；次轮渲染以第一个FBO的输出作为输入，渲染至第二个FBO，执行垂直方向模糊。

3. 着色器代码实现

顶点着色器负责坐标变换，示例代码如下：

attribute vec4 aPosition;
attribute vec2 aTexCoord;
varying vec2 vTexCoord;
void main() {
    gl_Position = aPosition;
    vTexCoord = aTexCoord;
}

片段着色器实现高斯加权计算。以5x5高斯核为例，水平通道着色器需声明权重数组和偏移量：

precision mediump float;
uniform sampler2D uTexture;
uniform float uWeights[5];
uniform float uOffsets[5];
varying vec2 vTexCoord;
void main() {
    vec4 color = texture2D(uTexture, vTexCoord) * uWeights[0];
    for(int i=1; i<5; i++) {
        vec2 offset = vec2(uOffsets[i], 0.0);
        color += texture2D(uTexture, vTexCoord + offset) * uWeights[i];
        color += texture2D(uTexture, vTexCoord - offset) * uWeights[i];
    }
    gl_FragColor = color;
}

垂直通道仅需修改偏移量为vec2(0.0, uOffsets[i])。权重数组需根据高斯函数预先计算，例如σ=1.5时的5x5核权重约为[0.073, 0.146, 0.220, 0.146, 0.073]。

4. 数据传递与渲染循环

在Java层需将权重和偏移量数组通过GLES20.glUniform1fv()传递给着色器。渲染循环中，首先绑定第一个FBO，执行水平模糊；然后切换至第二个FBO，以第一个FBO的纹理作为输入执行垂直模糊。最终将第二个FBO的输出渲染至屏幕。

三、性能优化策略与实战技巧

1. 精度与范围权衡

高斯核半径直接影响性能和效果。半径过大导致计算量激增，半径过小则模糊不足。建议根据设备性能动态调整半径，中低端设备采用3x3或5x5核，旗舰设备可支持7x7核。同时使用half类型（mediump）替代float（highp），在多数设备上可提升30%性能且视觉差异可忽略。

2. 多线程与异步加载

将纹理加载和高斯核计算放在子线程执行，避免阻塞UI线程。使用AsyncTask或RxJava实现异步处理，在onPostExecute中更新OpenGL资源。对于动态模糊场景（如相机预览），可采用双缓冲技术，在后台线程预计算下一帧的模糊结果。

3. 内存管理与纹理压缩

及时释放不再使用的FBO和纹理对象，调用GLES20.glDeleteFramebuffers()和GLES20.glDeleteTextures()。对于大尺寸图像，使用ETC1或ASTC纹理压缩格式减少内存占用。在onSurfaceCreated中初始化纹理池，复用纹理对象避免重复分配。

4. 兼容性处理

不同设备对OpenGL ES的支持存在差异，需在运行时检查版本。通过ActivityManager.MemoryInfo判断设备内存，低内存设备降低模糊半径或禁用高斯模糊。对于不支持FBO的旧设备，可采用CPU预处理+OpenGL渲染的混合方案。

四、典型应用场景与代码扩展

1. 实时背景虚化

在相机应用中，通过Camera2API获取预览帧，将其渲染至FBO后执行高斯模糊，再与前景人物进行合成。关键代码片段：

// 在onDrawFrame中
GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, fboId);
GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
// 渲染原始图像至FBO
// 执行高斯模糊
GLES20.glBindFramebuffer(GLES20.GL_FRAMEBUFFER, 0);
// 合成模糊背景与前景

2. 动态过渡效果

在Activity切换时，对源Activity截图执行高斯模糊，作为目标Activity的背景。通过ValueAnimator动态调整模糊半径，实现平滑过渡。示例动画更新逻辑：

ValueAnimator animator = ValueAnimator.ofFloat(0, 1);
animator.addUpdateListener(animation -> {
    float progress = (float) animation.getAnimatedValue();
    float radius = 2 + progress * 8; // 从2像素半径渐变到10像素
    updateGaussianParams(radius);
    requestRender();
});

3. 图片编辑功能集成

封装高斯模糊为可调参数的滤镜，通过SeekBar控制模糊强度。将处理后的图像保存为Bitmap时，需使用PixelBuffer读取FBO内容：

int[] buffer = new int[width * height];
IntBuffer intBuffer = IntBuffer.wrap(buffer);
intBuffer.position(0);
GLES20.glReadPixels(0, 0, width, height, GLES20.GL_RGBA, GLES20.GL_UNSIGNED_BYTE, intBuffer);
Bitmap bitmap = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888);
bitmap.copyPixelsFromBuffer(intBuffer);

五、常见问题与解决方案

1. 纹理显示异常

检查纹理坐标是否在[0,1]范围内，避免越界访问。使用GLES20.glGetError()调试，常见错误包括GL_INVALID_VALUE（纹理尺寸非2的幂次方时未设置GL_TEXTURE_WRAP_S/T为GL_CLAMP_TO_EDGE）和GL_INVALID_OPERATION（未绑定纹理或着色器程序）。

2. 性能瓶颈定位

通过adb shell dumpsys gfxinfo <package_name>获取帧渲染时间，若Draw阶段耗时过高，优化着色器代码；若Process阶段耗时过高，减少高斯核半径。使用Android Studio的Profiler工具监测GPU占用率。

3. 设备兼容性问题

在三星Exynos设备上可能遇到FBO附件限制，需检查GLES20.glCheckFramebufferStatus()返回值是否为GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE。对于不支持非幂次方纹理的设备，在初始化时调整图像尺寸为最近的2的幂次方。

六、总结与展望

OpenGL实现高斯模糊在Android上的应用，显著提升了图像处理的性能和效果。通过双通道渲染架构和着色器优化，可在中低端设备上实现实时模糊。未来随着Vulkan API的普及，可进一步探索跨平台图形API的潜力。开发者应持续关注硬件发展，动态调整算法参数，在视觉效果和性能之间取得最佳平衡。