Метод коррекции контура шрифтового знака для выводных устройств с низким разрешением

На правах рукописиСоломыков Василий СергеевичМЕТОД КОРРЕКЦИИ КОНТУРА ШРИФТОВОГО ЗНАКАДЛЯ ВЫВОДНЫХ УСТРОЙСТВ С НИЗКИМ РАЗРЕШЕНИЕМСпециальность 05.13.06. – «Автоматизация и управлениетехнологическими процессами и производствами(полиграфические средства информации и информационные системы)»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20132Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова» на кафедре «Автоматизация полиграфического производства».Научный руководитель:Агеев Владимир Николаевич,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Никульчев Евгений Витальевич,доктор технических наук, профессор,ведущий научный сотрудник МГУПимени Ивана ФедороваФилиппович Анна Юрьевна,кандидат технических наук, доценткафедры«Системыобработкиинформации и управления» МГТУим Н.Э.

БауманаВедущая организация:ОАО «ВНИИ Полиграфии»Защита состоится 20 июня 2013 г. в 1230 на заседании диссертационного совета Д 212.147.03 при Московском государственном университете печати имениИвана Федорова по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д.2а.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова»Автореферат разослан 17 мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.147.03д.т.н., профессорАгеев В.Н.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. С момента возникновения цифровой типографиисуществует проблема растрирования контурных шрифтов на выводных устройствах с низким разрешением.

В настоящее время широко распространены технологии, в основе которых лежит принцип чтения с экрана. К примерам реализацииподобных технологий относятся: электронные книги, web-страницы, системыэлектронного документооборота, планшетные и карманные компьютеры, webшрифты. Сюда же можно отнести различные светодиодные экраны, используемые для наружной рекламы.Разрешение большинства экранов выводных устройств находится в диапазоне от 72 до 144 ppi (pixel per inch). Это накладывает определенные ограниченияна использование контурных шрифтов при небольших размерах кегля, посколькустановятся визуально заметными искажения, возникающие при растрировании.Вследствие растущей популярности указанных технологий и устройств вобласти современной цифровой типографии появилась проблема корректировкиконтурных шрифтов.Растровые шрифты представляют собой набор пикселей, формирующихсимволы. Преимуществом растровых шрифтов является возможность адаптировать их под конкретное устройство вывода, а также меньшее потребление вычислительных ресурсов компьютера из-за отсутствия необходимости преобразованияконтура в растр.

Недостатками является невозможность масштабирования, а также тот факт, что для каждого разрешения и кегля необходим свой файл растрового шрифта. На текущий момент данный тип цифровых шрифтов применяется довольно редко.В контурных шрифтах символы описываются набором прямых и кривыхлиний, формирующих контур каждого шрифтового знака. Контурные шрифтыможно использовать при различных разрешениях выводных устройств. Добавление инструкций разметки к контурным шрифтам формата TrueType – сложныйпроцесс, требующий большого количества времени и высокой квалификациишрифтового дизайнера, т.к. к каждой части шрифтового знака (засечки, основнойи соединительный штрихи, полуовалы и т.п.), имеющей искажения в низком разрешении, необходимо добавлять корректирующие инструкции вручную.Исходя из изложенного можно констатировать, что развитие методов автоматизированной разметки знаков контурных шрифтов с целью получения приемлемых для практического применения результатов растрирования в условияхнизкого разрешения выводного устройства является важной и актуальной задачей.Степень разработанности проблемы.

Развитие и стандартизация технологий шрифтового обеспечения цифровой печати берѐт своѐ начало с 1980-х годов,когда компания Adobe адаптировала свой язык описания символов Postscript для4лазерного принтера компании Apple. За это время было создано большое количество контурных шрифтов, однако, лишь некоторые из них были оптимизированыдля растрирования в условиях низкого разрешения (порядка 72-144 ppi).Растрирование в высоких разрешениях (выше 600 dpi) сохраняет первоначальный дизайн штрихов шрифта. Однако, при уменьшении разрешающей способности экрана происходит увеличение шага битовой карты относительно размеров очка гарнитуры.

Пиксель на битовой карте заполняется, если его центр попадает в границы контура, и, соответственно, если центр пикселя находится внеконтура – он остается пустым. Вследствие этого, в процессе растрирования могутвозникать типичные проблемы для низких разрешений: нарушение симметриишрифтовых знаков, разная толщина основных штрихов, слияние элементов знака,пропуск тонких штрихов и засечек и т.п.Методам и алгоритмам борьбы с указанными искажениями посвящены работы Л.М. Местецкого1, Р.Д.

Герша, К. Бетрисе, П. Биляка, Б. Стамма2. Математические основы алгоритмов компьютерной графики изложены в работах С.В.Чирикова3, Д. Роджерса и др. Описание процессов растрирования контурныхшрифтов приведено в работах Я. Гончаровски4. Попытки автоматизировать процесс разметки контурных шрифтов для низких разрешений проводились С.

Андлером5, П.Дж. Шнайдером.Целью диссертационной работы является разработка метода корректировки контурного описания шрифтовых знаков, позволяющего минимизироватьискажения при растрировании с низким уровнем разрешения, основа которогосостоит в выявлении связей между особенностями начертания шрифтового знакаи искажениями, возникающими при получении его растрового изображения в выводных устройствах с низким разрешением.Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:1. выполнить анализ проблем, возникающих при использовании различныхшрифтовых гарнитур в выводных устройствах;2. разработать метод моделирования процесса растрирования контурногознака при различных уровнях разрешения;1Mestetskiy L., Yakupov E. Binary bitmap image transforms for computer font hinting // Eutipon, №10, Issues of the Democritus University of Thrace (Greece), 2003, pp.1-16.2Stamm B., A Hybrid Approach To Medium- And Low-Resolution Font-Scaling And Its OOPStyle Implementation// Dr.Tech.Sc.

Thesis, Swiss Federal Institute of Technology Zürich, 1994.3Чириков С.В. Алгоритмы компьютерной графики (методы растрирования кривых).Учебное пособие – СПб : СПб ГИТМО(ТУ), 2001. – 120 с.4Gonczarowski J., Industry standard outline font formats // Visual and Technical Aspects ofTypes, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1993, pp. 110–125.5Andler S.F. Automatic generation of grid-fitting hints for rasterization of outline fonts orgraphics // Proceedings of the International Conference on Electronic Publishing, DocumentManipulation, and Typography, pages 221–234, New York, 1990.53.

разработать программные средства моделирования процесса растрирования;4. провести анализ результатов, полученных в процессе моделирования, сцелью выявления связей между особенностями начертания шрифтовогознака и возникающими в процессе растрирования искажениями;5. разработать метод корректировки контурного описания знака, позволяющий минимизировать искажения в растровом изображении знака;6.

разработать программные средства, реализующие предложенный вышеметод.Объектом исследования диссертационной работы являются программныеи аппаратные средства и методы растрирования векторных изображений в выводных устройствах низкого разрешения.Предметом исследования являются способы устранения искажения формы знаков шрифтовой гарнитуры, возникающие при растрировании контурныхшрифтов в устройствах с низким разрешением.Область исследования. Шрифтовое обеспечение выводных устройств полиграфических средств информации. Указанная область соответствует специальности 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами (полиграфические средства информации и информационные системы)», в частности,п.9 – «Методы эффективной организации и ведения специализированного информационного и программного обеспечения АСУТП, АСУП, АСТПП и др.,включая базы и банки данных и методы их оптимизации».Методы исследования.

Для достижения поставленной цели и для решенияуказанных выше задач используются следующие научные методы: математический анализ, статистический анализ, метод экспертных оценок.Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующих положениях:1. Выявлена зависимость между смещениями центров тяжести частей фигуры знака и характером искажений формы знака, возникающих прирастрировании с низким разрешением.2.

Предложен способ моделирования процесса растрирования контурашрифтового знака, позволяющий подобрать параметры растровой сетки,обеспечивающие минимум искажений формы знака.3. Разработан метод корректировки координат опорных точек контурашрифтового знака по результатам моделирования процесса растрирования.Достоверность и обоснованность научных положений определяется корректным использованием базовых методов исследования и математического аппарата. Достоверность результатов подтверждается непротиворечивостью при-6меняемых математических методов расчетов, практической реализацией разработанных моделей, а также результатами экспериментальных исследований.Теоретическая значимость результатов заключается в решении теоретической задачи корректировки контуров шрифтовых знаков при растрировании внизком разрешении.Практическая значимость работы состоит в возможности значительнорасширить диапазон контурных кириллических шрифтов, которые можно применить в цифровой типографии, в частности, при разработке web-сайтов, различныхверсий электронных документов и рекламных баннеров.