Векторлық мәтінді растрге түрлендіру процесі

Кіріспе

Мәтінді вектордан растрге түрлендіру процесі. Шрифттерді растрлеу – мәтінді векторлық сипаттамадан (TrueType сияқты масштабталатын шрифттерде кездесетіндей) растрлік немесе битмаптық сипаттамаға түрлендіру процесі. Бұл көбінесе экрандағы мәтінді тегіс және оқуға ыңғайлы ету үшін антиалиазингті қамтиды. Сондай-ақ, бұл шрифт деректеріне енгізілген, нақты таңба өлшемдері үшін көрсету ерекшеліктерін оңтайландыруға арналған ақпаратты – хинтингті де қамтиды.

Растерлеу түрлері

Растерлеудің ең қарапайым түрі – ешқандай антиалиазингсіз қарапайым сызық сызу. Microsoft терминологиясында бұл екі деңгейлі (және көбірек танымал "қара және ақ") рендеринг деп аталады, себебі глифтерді салу үшін аралық түстер (сұр) қолданылмайды. (Шын мәнінде, кез келген екі түс алдыңғы және артқы фон ретінде қолданылуы мүмкін.) Бұл рендеринг түрі алиастық немесе "тігірулі" деп те аталады. Мысалы, Windows 95-ке дейінгі Microsoft Windows-тың барлық нұсқалары (мысалы, Windows 3.1) осы типтегі растерлеушіні ғана қамтамасыз етті. Күрделірек тәсіл – компьютерлік графикадан стандартты антиалиазинг әдістерін қолдану. Бұл әр пикселдің таңбаның жиегінде қаншалықты бөлігін алып тұрғанын анықтау және сол пикселді сол мөлдірлік деңгейімен салу деп қарастыруға болады. Мысалы, ақ (FFFFFF) фонға қара (000000) әріпті салғанда, егер пиксел идеалды түрде жартылай толтырылуы керек болса (мысалы, бұрыштан бұрышқа дейін диагональ сызығымен), ол 50% сұр түске (BCBCBC) боялады. Бұл процедураны тым қарапайым қолдану бүркеме глифтерге әкелуі мүмкін. Мысалы, егер әріпте бір пиксел ені бар тік сызық болса, бірақ ол екі пикселдің арасында дәл түссе, ол экранда екі пиксел ені бар сұр сызық ретінде көрінеді. Бұл бүркемелік нақтылық үшін айқындықты құрбан етеді. Дегенмен, қазіргі заманғы жүйелер сызықтарды толық пикселдік координаталар шегіне мәжбүрлейді, бұл глифтерді өткір етеді, бірақ сызықтарды қағазға қарағанда сәл кеңірек немесе жіңішке етеді. Көптеген компьютерлік дисплейлерде бірнеше субпиксельден тұратын пиксельдер бар (әдетте қызыл, жасыл және көк түстер үшін әрқайсысы бір-бірінен тұрады, олар толық түс спектрін алу үшін біріктіріледі). Кейбір жағдайларда, әсіресе, жалпақ панельді дисплейлерде, экранның тиімді ажыратымдылығын арттыру үшін толық пиксельдерді пайдаланудың орнына субпиксельдік ажыратымда рендеринг жасауға болады. Бұл әдетте субпиксельдік рендеринг деп аталады. Субпиксельдік рендерингтің бір меншік түрі – Microsoft-тың ClearType технологиясы.

The simplest form of rasterization is simple line drawing with no anti aliasing of any kind. In Microsoft's terminology, this is called bi level (and more popularly "black and white") rendering because no intermediate shades (of gray) are used to draw the glyphs. (In fact, any two colors can be used as foreground and background.) This form of rendering is also called aliased or "jagged". As a prototypical example, all versions of Microsoft Windows prior to Windows 95 (e. g. Windows 3.1) only provided this type of built in rasterizer. A more complicated approach is to use standard anti aliasing techniques from computer graphics. This can be thought of as determining, for each pixel at the edges of the character, how much of that pixel the character occupies, and drawing that pixel with that degree of opacity. For example, when drawing a black (000000) letter on a white (FFFFFF) background, if a pixel ideally should be half filled (perhaps by a diagonal line from corner to corner) it is drawn 50% gray (BCBCBC). Over simple application of this procedure can produce blurry glyphs. For example, if the letter includes a vertical line that should be one pixel wide but falls exactly between two pixels, it appears on screen as a two pixel wide gray line. This blurriness trades clarity for accuracy. However, modern systems often force lines to fall within integral pixel coordinates, which makes glyphs look sharper, but also makes lines slightly wider or thinner than they would have looked on a printed sheet of paper. Most computer displays have pixels made up of multiple subpixels (typically one each for red, green, and blue, which are combined to produce the full range of colours). In some cases, particularly with flat panel displays, it is possible to exploit this by rendering at the subpixel resolution rather than using whole pixels, which can increase the effective resolution of the screen. This is generally known as subpixel rendering. One proprietary implementation of subpixel rendering is Microsoft's ClearType.

Қазіргі кезде қолданылатын растерлеу жүйелері

Қазіргі операциялық жүйелерде растерлеуді әдетте көптеген қолданбаларға ортақ ортақ кітапхана қамтамасыз етеді. Мұндай ортақ кітапхана операциялық жүйеге немесе жұмыс үстеліне енгізілуі немесе кейіннен қосылуы мүмкін. Принцип бойынша, әр қолданба әртүрлі қаріптерді растерлеу кітапханасын пайдалана алады, бірақ іс жүзінде көптеген жүйелер бір кітапханада стандарттауға тырысады. Microsoft Windows Windows XP-ден бастап субпикселдік рендерингті қолдайды. Ал ClearType-сыз стандартты Microsoft растерлеушісі – тип дизайнерінің айқындығына басымдық беретін мысал; мәтінді бүтін координаталық позицияларға мәжбүрлеу арқылы, тип дизайнерінің берген нұсқауларын орындап, тіпті кейбір қаріптерді белгілі бір өлшемдерде антиалиазингке жатқызбай, тип дизайнерінің gasp кестесіндегі нұсқауларын орындау арқылы, экранда оқу оңайырақ болады, бірақ басып шығарғанда сәл өзгеше көрінуі мүмкін. Бұл Windows 7 және Windows Vista платформасының жаңартуларымен Direct2D/DirectWrite енгізілуімен өзгерді, бұл субпикселдік мәтінді 1/16 пикселдік өлшемге орналастыруға мүмкіндік берді. Mac OS X Quartz субпикселдік орналасуды пайдаланумен ерекшеленеді; ол глифтерді нақты пикселдік орналасуға мәжбүрлемейді, керісінше, әртүрлі антиалиазинг әдістерін қолданады, соның ішінде субпикселдік рендерингті, таңбалар мен сызықтарды тип дизайнерінің берген нұсқауларынан алшақтатып, бастапқы контурға жақындату үшін пайдаланады. Нәтижесінде экрандағы көрсету басылған нұсқаға өте ұқсас болады, бірақ кейде кішкентай шрифт өлшемдерінде оқу қиын болуы мүмкін. Quartz рендерингі macOS Mojave-ден бастап субпикселдік рендерингті алып тастады, оның орнына тек сұр масштабты антиалиазингке көшті. Бұл өзгеріс HiDPI "ретина" экрандары үшін қолайлы, бірақ сыртқы мониторларда мәтінді оқуды қиындатады. Басқа жүйелердің көпшілігі FreeType кітапханасын пайдаланады, ол параметрлерге байланысты Microsoft және Apple-дің нұсқалары арасындағы кез келген нәрсе болуы мүмкін; ол намектерді (hinting) және антиалиазингті қолдайды, сондай-ақ қосымша субпикселдік рендеринг пен орналасуды жүзеге асырады. FreeType сонымен қатар екі нұсқада да жоқ кейбір мүмкіндіктерді ұсынады, мысалы, түс теңгерілген субпикселдік рендеринг және гамма түзету. Қолданбалар өздерінің шрифтін көрсету шешімдерін де әкеле алады. Skia Graphics Engine (Google Chrome пайдаланады) сияқты графикалық фреймворктер кейде өздерінің шрифт рендерерін пайдаланады. Видео ойындар мен басқа 3D қолданбаларға әртүрлі SDF негізделген рендерерлер мен "Slug" сияқты жылдам, GPU негізделген рендерерлер қажет болуы мүмкін.

In modern operating systems, rasterization is normally provided by a shared library common to many applications. Such a shared library may be built into the operating system or the desktop environment, or may be added later. In principle, each application may use a different font rasterization library, but in practice most systems attempt to standardize on a single library. Microsoft Windows has supported subpixel rendering since Windows XP. On the other hand, the standard Microsoft rasterizer without ClearType is an example of one that prioritizes type designer's intent of clarity; by forcing text into integral coordinate positions, following the type designer's intent of hinting, and even not antialiasing certain fonts at certain sizes, following the type designer's intent of the gasp table, it becomes easier to read on the screen, but may appear somewhat different when printed. This has changed with Direct2D/DirectWrite shipping on Windows 7 and Windows Vista platform update, allowing subpixel text positioning to 1/16 pixel sizes. Mac OS X's Quartz is distinguished by the use of subpixel positioning; it does not force glyphs into exact pixel locations, instead using various antialiasing techniques, including subpixel rendering, to position characters and lines to appear further from the type designer's intent of hinting and closer to the original outline. The result is that the on screen display looks extremely similar to printed output, but can occasionally be difficult to read at smaller point sizes. The Quartz renderer has, since macOS Mojave, removed subpixel rendering, relying purely on greyscale anti aliasing instead. This change is acceptable to HiDPI "retina" screens, but makes text on external monitors harder to read. Most other systems use the FreeType library, which depending on the settings, can fall anywhere between Microsoft's and Apple's implementations; it supports hinting and anti aliasing, and optionally performs subpixel rendering and positioning. FreeType also offers some features not present in either implementation such as color balanced subpixel rendering and gamma correction. Applications may also bring their own font rendering solutions. Graphics frameworks like Skia Graphics Engine (used by Google Chrome) occasionally use their own font renderer. Video games and other 3D applications may also need faster, GPU based renderers such as various SDF based renderers and "Slug".