Эффекты в WPF гораздо больше подходят для получения визуального результата. Звучит так, как будто вы хотите использовать их для другого типа расчетов, для этого вам нужно будет обработать результат изображения как данные, для этого потребуется RenderTargetBitmap, который в любом случае будет выполнен в программном обеспечении.
Возможно, вы захотите взглянуть на эти проекты, разработанные для GPGPU.
Accelerator
Брахма
OpenTK Я не знаю состояния привязок OpenCL в OpenTK. Также стоит взглянуть на другие технологии, такие как DirectCompute и CUDA.