Контурные шрифты

2.4. Контурные шрифты

В отличие от векторных шрифтов термином "контурные шрифты" (outline fonts) будем обозначать шрифты с векторным описанием символов, предназначенные для вывода на устройствах с растровым способом воспроизведения изображений.

Существует значительное число форматов контурных шрифтов. Первые контурные шрифты трех различных форматов были разра­ботаны фирмой Adobe. Из них шрифты PostScript Typel получили наибольшее распространение. Форматы PostScript Type2 и PostScript ТуреЗ не получили дальнейшей поддержки разработчика, однако на основе шрифтового формата PS ТуреЗ были созданы шрифты другими фирмами.

Не получили широкого распространения шрифты форматов Itellifont фирмы Agfa и Fontscaler фирм Sun/Folio, а также ряд других форматов.

Самыми распространенными контурными шрифтами на сегодня являются шрифты формата TrueType (ТТ), разработанные фирмой Apple и впоследствии лицензированные фирмой Microsoft.

Шрифты PostScript Type1 и TrueType

В контурных шрифтах символы описываются как графические образы, состоящие из сплайнов — линий, плавно соединяющих серию фиксированных контрольных точек и являющихся решением математических уравнений (табл., см. рис. 2-5).

Таблица

Математические функции сплайнов в форматах контурных шрифтов

Рис. 6. Кубические сплайны: изменение формы сплайна в зависимости:

— от положения (координат) конечной контурной точки (а);

— от положения (координат) тангенциальной точки при неизменном угле

наклона касательной (б);

— от положения (координат) тангенциальной точки с изменением угла

наклона касательной (в)

При разработке символа в первую очередь определяют контрольные точки, а затем строят кривые. Контрольные точки бывают двух типов: "якорные точки", лежащие на контуре, и тангенциальные точки, не при­надлежащие контуру. Тангенциальные точки выполняют двоякую функцию. Во-первых, они определяют форму конкретного сплайна, задавая направление касательных к нему в якорных (контурных) точках. Во-вторых, форма сплайна зависит от расстояния между контурной и тангенциальной точками.

В шрифтах PostScript Type1 (PS, Type 1) используются специальные виды сплайнов — кубические кривые Безье (параболы), задаваемые крайними (якорными) точками и направлением касательных к кривой в якорных точках. Каждый сегмент, из числа которых состоит символ, требует четырех контрольных точек: двух якорных и двух тангенциальных, задающих совместно с якорными направление касательных (рис.6).

Шрифты PostScript Type 1 содержат абсолютные размеры символов. Все символы описаны в координатной сетке в 1000 единиц, которые соответствуют 1 пт. Это позволяет с высокой точностью масштабировать шрифт до любого размера. Масштабирование, как и у любых векторных

Рис. 7. Квадратичные сплайны: изменение формы сплайна в зависимости:

— от положения (координат) конечной контурной точки (а);

— от положения (координат)
тангенциальной точки при неизменном угле наклона касательной (б);

— от положения (координат)
тангенциальной точки с изменением утла наклона касательной (в)

объектов, производится с помощью четких математических операций при неизменном качестве описания контуров символов.

В шрифтах TrueType контуры символов строятся из квадратичных сплайнов. Каждый сегмент символа требует трех точек: двух якорных и одной тангенциальной (рис.7). Все символы описываются в сетке с максимальным размером 16384 единицы, однако чаще используется сетка размером 2048 единиц.

Квадратичные сплайны дают более качественное описание симво­лов [ 1 ] в шрифтах. Однако, при редактировании контуров символов возникают трудности, связанные с тем, что каждая контурная точка оказывает влияние не только на свой контур, но и на соседний сплайн.

В отличие от них кубические кривые, описывающие контуры симво­лов в шрифтах PostScript, позволяют редактировать форму сплайна без из­менения при этом формы соседних. Кроме того, в шрифтах TrueType для описания контура символа в общем случае требуется больше квадратич­ных сплайнов, чем кубических — в шрифтах PostScript, поскольку последние имеют шесть степеней свободы, а первые — только четыре. Следует отметить, что для вывода ТТ-шрифтов на принтерах и иных выводных устройствах высокого разрешения требуется преобразовывать формат шрифта TrueType в формат описания страницы PostScript, который поддерживают устройства с растровым способом воспроизведения.

Контурные шрифты позволяют описывать не только очертания символов, но и помимо уже отмеченной выше простоты масштабирова­ния поддерживать сложные графические эффекты, т. е. могут быть модифицированы. Для контурных шрифтов характерна возможность:

—сжимать и растягивать символы в горизонтальном
и вертикальном направлениях;

—наклонять символы на определенный угол;

—изменять насыщенность шрифтов;

—выстраивать символы вдоль произвольной линии;

—воспроизводить только контуры;

—изменять заливку внутри символа и другие.

Таким образом, в отличие от растровых шрифтов, которые описы­вают символ по точкам (элементам) в соответствии со схемой "элемент изображения присутствует — элемент изображения отсутствует", контурные шрифты описывают символ как графический образ. Такой графический образ символа представляет собой контур, состоящий из совокупности кривых и отрезков, а каждая линия описывается не набором точек, идущих одна за одной, а только координатами начала контура линии (контурные точки) и координатами внеконтурных (тангенциальных точек). Все иные контурные точки (точнее, их коорди­наты) рассчитываются согласно математическим формулам (см. рис. 3-5).

Иными словами, графический образ символа описывается всегда одним и тем же числом фиксированных точек вне зависимости от его размера и модификации. В растровых шрифтах количество элементов описания символа увеличивается с увеличением размера шрифта (кегля), а модификации (преобразования), в том числе и масштабирование, связаны с пересчетом растровой карты, ввиду чего трудоемки и нецеле­сообразны, следовательно, и не реализуются.

Контурные шрифты по сравнению с растровыми требуют значитель­ных затрат времени на создание (прорисовку) изображения — особенно при выводе на экран. Тщательная прорисовка символов приводит к за­медлению вывода изображения.

При использовании контурных шрифтов, следовательно, необходимо связывать три стандарта: формат описания шрифта, язык описания страницы (PostScript) и язык описания экранных изображений.

Файлы шрифтов TrueType обозначаются в ОС Windows пиктограммой "двойная (серая и синяя) прописная буква Т", имеют расширение *.ttf и располагаются в папке Windows/Fonts.

Шрифты TrueType устанавливаются последовательным выполнением операций: Пуск / Настройка /Панель управления / Шрифты / Файл / Установить шрифт.

PostScript Type1 шрифт, установленный в ОС Windows, содержит два компонента. Файл с расширением *.pfb — собственно файл шрифта, содержит описание начертаний символов. Файл с расширением *.pfm — файл метрики шрифта, содержит таблицы размеров символов (метрику) и таблицы кернинга (индивидуальных межсимвольных пробелов), которые используются для определения точного положения символа на выводе или на экране.

Инсталяционный (установочный) комплект PS-шрифтов содержит три файла с расширениями *.pfb, *.afm, *.inf. Установка PS-шрифтов производится в ОС Windows с помощью программы Adobe Type Manager (Deluxe): команда Add (добавить) на вкладке Add fonts (добавить шрифты).

Шрифты PostScript устанавливаются, как правило, в отдельную папку PSFonts, а файлы *.pfb и *.pfm обозначаются пиктограммой "красная строчная буква а".

Вывод контурных шрифтов

Контурные шрифты содержат набор символов, описанных вектор­ным способом. При выводе контурного шрифта требуется преобразо­вать векторные объекты в растровую карту, т. е. следует решить задачу, какие из элементов изображения символа должны быть высвечены на экране, отпечатаны на бумаге или зафиксированы на ином материаль­ном носителе. Как уже отмечалось выше, это связано с тем, что большинство выводящих устройств — растровые, т. е. формируют изображение по точкам согласно принципу "элемент изображения присутствует — элемент изображения отсутствует".

В этой связи контурно описанный символ и текст в целом, располо­женный на странице документа и состоящий из совокупности таких символов, необходимо растеризовать, т. е. преобразовать в растровую карту страницы по принципу "элемент изображения присутствует — элемент изображения отсутствует". Этот процесс — растеризация, в общем случае состоит из трех этапов: масштабирование, привязка к сетке и активизация элементов изображения.

Масштабирование задается при выборе размера шрифта и заклю­чается в пересчете координат контура, не вызывая каких-либо затруд­нений. Кроме того, все размеры символов в контурных шрифтах описаны в относительных условных единицах. Поэтому вторая задача состоит в преобразовании этих единиц в единицы элементов изобра­жения (пикселов и точек) выводного устройства. Для пересчета коор­динат контура пользуются следующими отношениями:

где х', у' — координаты масштабированного контура, х, у — координаты исходного контура (сетки, в которой описаны контуры символов шрифта); а, b, с, d — коэффициенты масштабирования, причем b, как правило, не используется, а с представляет собой синус угла наклона для наклонных начертаний; f_x, f_y — коэффициенты, описывающие смещение символов в горизонтальном и вертикальном направ­лении относительно точек привязки и при масштаби­ровании, как правило, не используются.

Для преобразования условных единиц описания контура в единицы элементов изображения (точек, пикселов) требуется знать соотношение между разрешением R_вy (dpi, т/ дюйм) выводного устройства и размером R_ск единичной сетки описания контуров символов шрифта. Размер символа в элементах изображения выводного устройства определяется согласно следующему соотношению:

где S_эи , S_ск — размер символа соответственно в элемен­тах изображения выводного устройства и в единицах сетки контура, К — кегль шрифта (пт).

Например, символвысотой 1 400 единиц, определенный в сетке 2048 единиц (TrueType), при воспроизведении размером 10 пт на устройстве с разрешением 600 т/ дюйм будет иметь высоту: 60 точек (1400 х 10 х 600 / (72 x 2048) = 56,96 ≈60 точек).

Привязка к сетке. На этом этапе сформированная при наборе текста страница из контурно-описанных символов в целом и контуры символов в отдельности, описанные в координатной сетке шрифта, накладываются на растровую сетку страницы. Иными словами, сетка шрифта привязы­вается к сетке страницы.

Активизация элементов изображения. На этом этапе принимается окончательное решение, какие элементы изображения включаются в растровое изображение символа.

Рис. 8. Правила заливки контура в шрифтах PostScript Type 1 (a) и TrueType (б)

Для этого следует, во-первых, знать правила заливки в шрифтах Type 1 и TrueType. В PostScript-шрифтах заполняются контуры, направ­ленные против часовой стрелки, а идущие по часовой — не заполняются. В шрифтах TrueType принцип заливки противоположный: заливаются контуры, находящиеся справа от направления обхода контура, а находя­щиеся слева — не заливаются (рис. 8).

Во-вторых, необходимо активизировать элементы изображения, попавшие во внутренние области контура, т. е. присвоить им значение "печатаемые" или "высвечиваемые", вне зависимости от того, каким образом описан контур. При этом руководствуются следующим правилом:

каждый элемент изображения (точка, пиксел) включается в символ, если его центр находится внутри контура или точно на контуре (рис. 9).

Таким образом, алгоритм растеризации контурных шрифтов последо­вательно решает три задачи:

—масштабирование символа;

—привязка к сетке растрового устройства вывода;

—активизация элементов изображения, посредством которых данный символ будет воспроизведен.

Рис. 9. Различные варианты активизации точек изображения при описании одинаковых контуров и изменения результатов растеризации при различных вариантах наложения контура на растровую сетку страницы

Проблемы растеризации и разметка символов.   Совершенно очевид­ным является то обстоятельство, что чем выше разрешение выводного устройства, тем точнее будет выполнена растеризация, т. е. тем точнее будет растровое описание контурного символа. Однако разрешение вы­водных устройств (экранов 72-150 ppi и принтеров 300-1200 dpi) не всегда позволяет получить качественно растеризованный символ.

Основными проблемами растеризации являются следующие:

1.            Нарушение пропорций символов, связанное с округлением неце­
лых чисел.

Например, при уменьшении в три раза символа, имеющего размер (100,200) в системе описания координат контура, размер масштабированного символа составит (33,3333,66,6666) Размеры выводимого символа  в точках выводного устройства будут целыми числами, пропорциональными (33,67) В этом случае пропорции символов будут нарушены (рис 10).

2. Нарушение симметричности символов (рис. 10а, б, в).

3. Смыкание штрихов (рис. 10в).

Рис 10. Нарушение пропорций

символов при в растеризации

4. Выпадение точек (рис.10г).

5. Нарушение формы округлых элементов символов (рис. 10б, д).

6. Нарушение единства рисунка символов.
          Перечисленные проблемы решают методы разметки шрифта.

Под разметкой шрифта понимают описание символов, их элементов и шрифта (т, е. набора символов) в целом, призванные улучшить качество растеризации.

В шрифтах PostScript Type 1 используется декларативный метод разметки. Этот метод основан на описании особенностей символа при помощи их декларирования отдельно от описания символа. В этом случае описание символа включает две части: математическое описание контура символа и декларирование его особенностей (ассоциативные деклара­ции, рис. 11а).

Рис. 11. Методы разметки символов: а — декларативный, б — программируемый

Задачу связывания этих частей описания и улучшения качества растеризации решает растеризатор. Растеризатор — это специальная программа, анализирующая форму символов, связывающая ее с задан­ной разметкой и принимающая решение об изменении контура в ходе его заполнения элементами изображения, т. е. в процессе их активиза­ции. Это делает шрифты Type 1 простыми с точки зрения описания символов, ввиду того, что проблемы растеризации решает растеризатор.

В шрифтах TrueType используется программируемый метод разметки. Программируемый метод основан на точном определении в шрифте всех действий (инструкция), которые должен выполнять растеризатор, и ука­зывает на точные взаимодействия между точками контуров (рис. 116). Растеризатор, поэтому должен только понимать инструкцию (интер­претацию команд разметки) и как можно быстрее ее исполнять.

Следовательно, растеризатор оказывается более простым, компактным и быстрым, а шрифты усложняются и увеличиваются в объеме. Потен­циально программируемая разметка может обеспечить намного лучшее качество, чем декларативная, однако она очень трудоемка.

Таким образом, разработчиками шрифтов PostScript (Adobe) заложен и реализован следующий принцип: не имеет смысл вкладывать слишком высокий интеллект в шрифт — он должен описывать контур и распола­гать минимальными инструкциями для масштабирования, а основную работу по растеризации должен выполнять растеризатор или высоко интеллектуальный принтер (устройство для вывода).

Разработчики шрифтов TrueType (Apple, Microsoft) реализовали прямо противоположный принцип: инструкция, заложенная в шрифт, должна формировать готовый образ страницы, который даже интеллектуально слабый принтер выведет по схеме "точка за точкой".

Шрифты PostScript Multiple Master

Первые PostScript шрифты, использующие технологию Multiple Mas­ter были представлены фирмой Adobe в 1994 г. В основе этой технологии лежат алгоритмы трансформации графических объектов, получившие название "блендинг" и реализуемые средствами языка PostScript [6].

Технология Multiple Master (MM) позволяет, опираясь на базовые начертания ("мастер-образы" или "мастер-начертания"), получать про­межуточные начертания символов шрифта. Принцип технологии проил­люстрирован на рис. 12, где один и тот же символ имеет все промежуточные начертания по насыщенности (weight) от базового сверхсветлого (thin) до базового сверхжирного (extra bold). Промежуточные начертания соответствуют расширенному полиграфическому ряду насыщенности: светлое (light), книжное (book), нормальное (normal), среднее (medium), полужирное (demibold), жирное (bold) и черное (black). Они получены в результате реализации блендинга в технологии Multiple Master.

 

Рис. 12. Промежуточные начертания по насыщенности шрифта TektoMM, полученные с использованием технологии Multiple Master (крайние начертания — базовые — мастер-начертания)

Кроме указанных в примере промежуточных начертаний могут быть получены и любые другие градации насыщенности в пределах базовых мастер-начертаний. Такое становится возможным, потому что насы­щенность шрифта в ММ-технологии может изменяться достаточно плавно, поскольку шаг ее изменения в пределах базовых начертаний весьма мал в сравнении с интервалом его изменения.

В данном примере изменяемой величиной была толщина штриха, которая позволяет изменять такой стилевой параметр шрифта как насы­щенность. Насыщенность была единственным изменяемым параметром. Если в ММ-шрифте предусмотрена возможность изменения только одного параметра начертания, как в рассмотренном случае — насыщен­ности, то он является однопараметрическим (1 axis)[1]. При этом един­ственным изменяемым параметром может быть не обязательно насы­щенность, а другой стилевой параметр начертания. В общем случае тех­нология Multiple Master позволяет изменять начертание по нескольким параметрам. На сегодняшний день разработаны четырехпараметричес-кие (4 axis)[2] ММ-шрифты, но их количество в шрифтовой коллекции Adobe невелико[3].

Вторым параметром, наиболее часто изменяемым в ММ-технологии, является параметр ширина (width) символа, а двухпараметрические шрифты являются самыми многочисленными из существующих. Равно как и в случае с допустимым задаваемым изменением ширины штриха символа, а, следовательно, — насыщенности, изменение ширины символа позволяет получить любое по пропорциональности начертание шрифта от базового сверхузкого до базового сверхширокого достаточно плавно, т. е. с очень малым шагом (рис.13а). В двухпараметрическом ММ-шрифте, следовательно, можно получить требуемое по насыщенности и пропор­циональности начертание, удовлетворяющее пользователя. Более того, пользователь может создать для своих целей и применять несколько различных по изменяемым параметрам начертаний. Кстати, наряду с теми начертаниями данной гарнитуры, которые уже созданы (предопределе­ны) фирмой-поставщиком (рис.136).

Рис 13. Промежуточные начертания шрифта TektoMM, полученные с использованием технологии Multiple Master:

а — по пропорциональности (крайние начертания — базовые — мастер-начертания),

б - по пропорциональности и насыщенности (100LT250CN, 100LT564NO, 100LT 850ЕХ, 240RG

250CN, 240RG 564NO, 240RG 850ЕХ, 503BD 250CN, 503BD 488NO, 503BD 850ЕХ -

предопределенные начертания)

Помимо описанных возможностей регулирования насыщенности и пропорциональности шрифта технология Multiple Master позволяет также реализовать так называемую "оптическую корректировку" начертаний символов, что существенно при крупнокегельном наборе. Оптическая корректировка позволяет повышать контрастность шрифта, за счет чего улучшается визуальное восприятие текстов, особенно набранных крупными кеглями.

Контрастность изменяется также достаточно плавно и в широких пределах, таких, что толщина соединительных штрихов (и засечек) становится нитевидной, а иногда поэтому они даже не отображаются на экране.

Другим параметром регулировки в ММ-технологии является параметр — serif (засечка). Этот управляющий параметр позволяет изменять размеры горизонтальных засечек от их отсутствия в одном из мастер-начертаний до треугольной формы — в другом. Регулируя этот параметр, можно генерировать шрифты с едва наметившимися засечками, с небольшими, с явными, массивными.

Технология Multiple Master не создает отдельных настоящих файлов шрифтов с измененными пользователем параметрами начертаний[4] и с последующей их установкой и регистрацией в системе. Шрифт Multiple Master с конкретным предопределенным или созданным пользователем начертанием символов используется как псевдоресурс, основанный на быстром и точном исполнении параметров блендинга. С точки зрения пользователя псевдоресурсы не отличаются от реальных ресурсов: их можно устанавливать и удалять, активизировать и деактивизировать, выбирать в меню и т. п.

Установка шрифтов PostScript Multiple Master в ОС Windows, равно как и создание требуемых начертаний, производится с помощью про­граммы Adobe Type Manager (Deluxe) с выбором на вкладке Add fonts (добавить шрифты) источника Create Multiple Masters (создать шрифты Multiple Master) и команды Add (добавить) после выбора и установки требуемых параметров начертаний.

Файлы шрифтов Multiple Master обозначаются так же как и файлы шрифтов PostScript Type 1 — пиктограмма в виде "красной строчной буквы а" с индексом "ММ" вверху (в верхнем левом углу) и размещаются совместно с другими PS-шрифтами. Файлы описания символов имеют расширение *.pfb, а файлы метрики — *.pfm. Инсталяционный комплект содержит, как и у прочих PS-шрифтов, три файла с расширениями *.pfb, *.afm, *.mmm.

Генерированные по технологии Multiple Master начертания имеют в имени суффиксы: WT (wt), WD (wd), OP (op), SR (sr) со стоящими передними числами. Символьные обозначения соответствуют пара­метрам начертания (в приведенном порядке): насыщенности, пропор­циональности, оптической корректировки, величины засечек, причем прописными буквами — для начертаний, предопределенных поставщиком, а строчными — для установленных пользователем. Соответствующие им числовые значения обозначают установленные величины изменяемых параметров. В некоторых случаях предопределенные поставщиком начертания имеют в имени суффиксы (из прописных букв), сокращенно обозначающее вариант начертания, например, LT (light — светлый), CN (condensed — узкий) и т. п.

К сожалению, до настоящего времени шрифты Multiple Master не получили широкого распространения, хотя и являются логичным продолжением совершенствования шрифтовых технологий.

Так, в эпоху наборных шрифтов и горячего набора комплект шриф­тов полиграфического предприятия состоял из набора литер и матриц отдельных гарнитур с конкретными для каждой гарнитуры начертанием и кеглем, т. е. шрифт представлял собой комплект металлических носителей символов (литер и матриц) конкретных гарнитур, начертаний и размеров.

С появлением фотонабора групповой шрифтоноситель, например, пленочный, содержал уже весь набор символов шрифта данной гар­нитуры и определенного начертания, а кегль набора реализовывался путем оптического масштабирования. Таким образом, комплект шрифтов предприятия состоял из совокупности пленочных групповых шрифто­носителей различных гарнитур и начертаний.

С наступлением эры компьютерных технологий и появлением кон­турных шрифтов гарнитура содержит уже, как правило, несколько шрифтовых файлов, соответствующих различным начертаниям, напри­мер, прямому нормальному, прямому жирному, курсивному, жирному курсивному, широкому, узкому и т. п., а кегль шрифта реализуется посредством "интеллектуального" масштабирования.

Многопараметрические шрифты Multiple Master позволяют при наличии одного файла с несколькими базовыми мастер-начертаниями получать шрифты определенной гарнитуры широкого спектра начертаний, отличающихся друг от друга по насыщенности, пропорци­ональности, контрастности и даже рисунку, т. е. с различной формой засечек.

Шрифтовой формат ОреnТуре

В 1996 г. фирмы Adobe и Microsoft начали совместную разработку универсального кроссплатформенного (PC — Mac, Mac — PC) шриф­тового формата ОрепТуре. Формат основан на стандарте кодирования символов Unicode, обеспечивающем многоязыковую поддержку, и обла­дает расширенными типографическими возможностями.

В качестве структурного базиса для формата были взяты принципы, заложенные в технологии TrueType — таблицы функциональной орга­низации шрифта. Шрифтовой формат имеет одинаковую общую струк­туру, а для непосредственного графического представления символов могут использоваться TrueType-технологии Microsoft и PostScript-технологии Adobe. Необходимо отметить, что в технологии ОрепТуре не предусматривается непосредственное использование данных из шриф­товых форматов PostScript Type 1. Здесь для PostScript-описаний символов используется новое CFFпредставление (Compact Font Format). Для того, чтобы терминологически выделить шрифты, в которых используются PostScript-структуры, применяют название CFF ОрепТуре.

Таким образом, шрифты ОрепТуре делятся на два семейства:

Лекция "18. Итальянская журналистика и терроризм" также может быть Вам полезна.

—формат TrueType с таблицами ОрепТуре (*.ttf или пиктограмма: черно-зеленая наклонная прописная буква О);

—формат PostScript CFF с таблицами ОрепТуре (*.otf) [7, 8, 9].

---

[1] Однопараметрические ММ-шрифты содержат помимо прямого еще и курсивное начертание, что относится и ко многопараметрическим шрифтам.

[2] Максимально возможное число параметров, установ­ленное разработчиком, исходя из практический сообра­жений.

[3] Наиболее распространенными являются одно- и двух­ параметрические шрифты, а число трех- и четырех-параметрических шрифтов лишь немного превышает 10 %.

[4] Точно также, как и в случае с гарнитурами этих шрифтов поставляемыми производителем с предопре­деленными начертаниями.