字体栅格化

什么是字体栅格化？

简单地说，字体栅格化是将基于向量的字体(例如trueType或opentype字体)转换为位图或栅格图像的转换。然后，图像可以显示在屏幕上或打印在纸上。 因此，可以通过比较两种类型的字体来解释字体栅格化的目的，这些字体依赖于它们所创建的图形。

基于向量的字体是使用数学方程式定义的，并且是可扩展的，因此它们扩展而不会失去质量。但是，栅格显示器(例如计算机屏幕)和打印机需要基于像素的图像，因此必须将矢量字体栅格化以显示或打印。

字体栅格化的过程涉及分析矢量数据并确定用于创建位图图像以在特定大小和分辨率的字体中使用的适当像素。不同的栅格化技术可以在所得字体图像中提供不同级别的质量。

为什么要栅格字体？

有几个原因将向量字体转换为位图的原因：

• **创建图像或图形要在不同的设备或平台上共享。**无论使用哪种字体设置或软件，都可以始终查看基于像素的格式。
• **在某些应用程序中的性能提高。**基于向量的字体通常需要大量的处理能力来渲染，尤其是在复杂的图形或动画中。栅格字体可以减少计算需求并提高性能。
• **创建特定的视觉效果或设计元素。**通过将字体转换为位图格式，设计人员可以以各种方式操纵所得图像。例如，您可以添加纹理或将过滤器应用于字体。

栅格化的类型

栅格化有两种主要类型：软件栅格化和硬件栅格化。

软件栅格是指使用计算机的CPU(中央处理单元)将图形化的过程。 它是通过将基于向量的图形或字体转换为位图图像来完成的。这种类型通常用于需要高质量渲染的软件应用程序中。软件栅格化可以比硬件栅格化慢，因为这取决于CPU的处理能力。

硬件栅格需要专门的硬件(例如图形卡或GPU)来栅格化图形。这种类型的栅格化速度比软件栅格化要快得多，因为它将大部分处理转换为专用硬件。它主要用于视频游戏和其他图形密集型应用程序。

栅格化方法

创建数字图像(或在我们的情况下是字体)有两种不同的方法：基于像素的和基于向量的栅格化方法。让我们在桌子中比较它们。

基于像素	基于矢量
图像由单个像素组成，每个像素都有特定的颜色值。	图像由数学形状和线条组成。
图像依赖于分辨率，它们由固定数量的像素组成，缩放时可能会损失质量。	图像与分辨率无关，它们可以缩放而不会损失质量。
基于像素的图像更适合复杂且详细的图像，例如照片或高度详细的插图。	基于矢量的图像更适合简单和几何图像，例如徽标或图标。
图像是使用光栅化创建的，即将基于矢量的数据转换为基于像素的格式。	图像已经是数学格式。
基于像素的图像需要更多的内存和处理能力来创建和显示。	基于矢量的图像需要较少的内存和处理能力。

字体栅格化算法

栅格化的过程涉及不同的算法，这些算法共同创建字体的高质量和可读性表示。其中最常用的是：

• **glyph处理。**这里的字体的每个字符都被分解为一系列可以表示为向量的曲线和线条。
• **曲线拟合。**该算法使用数学技术用一系列直线来近似字形数据中的曲线。这使您可以创建一个平稳的字符轮廓。- **提示。**它可以调整每个字形的定位，以确保其与屏幕上像素的网格对齐。结果，我们得到了更清晰，更可读的文本。
• **抗缩放或字体平滑。**您可以从其名称中理解该算法使字体字符的边缘平滑。这也提高了文本的可读性。
• **子像素渲染。**此算法使用颜色信息来增加显示屏的有效分辨率，以在现代显示器中创建更清晰，更精确的字体渲染。

这些算法共同创建了字体的高质量表示。他们考虑了诸如设备的分辨率，字体的大小以及结果文本的数字化和清晰度之类的因素。

字体栅格化如何与显示技术相互作用？

字体对栅格化的方式对它们在不同的显示技术上的显示方式有所不同。其中最著名的是CRT，LCD和OLED屏幕。让我们找出栅格化如何影响这些技术：

**CRT(阴极射线管)屏幕：**这些是使用电子束显示图像的较旧的显示技术。当字体用于CRT屏幕上时，它们会显得有些模糊。这是因为电子束扫描屏幕的方式。但是，由于这些屏幕的分辨率低于现代显示技术，因此针对较低分辨率的字体提示和栅格化技术可能更有效。

**OLED(有机光发射二极管)屏幕：**这是一种使用有机化合物发光的新型显示技术。当字体被用于此类屏幕时，由于它们的像素密度很高，它们似乎非常清晰。 OLED屏幕的缺点是它们可能更容易燃烧或保留图像。这可能会导致静态图像(包括文本)在屏幕上留下幽灵图像。

**LCD(液晶显示屏)屏幕：**这是最常见的现代显示技术。当对此类屏幕的字体被栅格化时，它们看起来可能比CRT上的字体更清晰，更明确。但是，LCD屏幕具有固定的像素网格。这意味着，如果字体未通过正确的分辨率进行栅格化，则可能会出现锯齿状或像素外观。

ClearType技术

ClearType是一种从Microsoft的字体平滑技术，旨在提高LCD显示器上文本的可读性。该技术使用了一个子像素渲染技术，该技术为角色边缘增添了其他细节，从而使它们显得更加清晰，更独特。

ClearType分析LCD显示的个体特征，以找出字体平滑的最佳设置。然后，这些设置用于调整字体的子像素渲染。它有助于提高显示屏上文本的总体质量和可读性。

Freetype技术

Freetype是一种字体渲染引擎，用于渲染TrueType，Opentype和其他字体格式。它是一个开源软件库，它提供了独立于平台的接口，用于在各种设备和操作系统上渲染字体。

Freetype的关键特征之一是它支持子像素渲染，该渲染使用LCD显示屏上单个子像素的颜色信息来提高文本的清晰度和清晰度。它还支持字体功能，例如连接，kerning和提示，以提高文本渲染的质量。

Freetype用于许多流行的应用程序和操作系统，包括Android，Linux和Firefox。它也用于许多需要高质量字体渲染的游戏引擎和其他软件中。 总结一下，字体栅格技术和字体暗示对于清楚地在所有类型的屏幕上渲染字体很重要。最佳技术因使用的显示技术而异。这就是为什么字体设计人员应该尝试不同技术以找到特定显示的最佳结果的原因。

字体栅格化对性能的影响

字体栅格化会影响性能，尤其是在实时应用程序(例如视频游戏或Web浏览器)中渲染文本时。下表解释了该过程可以优化以提高速度和效率的一些方式：

优化方法	描述和影响
缓存	将先前光栅化的字体存储在内存中的技术。因此，它们可以被快速检索和重用。缓存显著减少了光栅化字体所需的时间，并提高了整体性能。
子像素渲染	它使用 LCD 屏幕的各个子像素来提高文本的锐度和清晰度。这种技术可能需要大量计算，但可以进行优化。为此，请将子像素渲染应用于特定的字体大小，或使用预先计算的子像素渲染表。
简化轮廓	要简化字体轮廓，您需要减少控制点的数量或将曲线转换为直线。这可以加快光栅化速度并减少存储字体数据所需的内存量。
预光栅化	它将字体光栅化为特定大小并存储在内存中。这降低了运行时光栅化字体的计算成本，但也会增加内存使用量。
多线程	该方式使用多个处理器核心同时光栅化字体。这通过并行化进程来提高性能。
硬件加速	有时使用 GPU 等图形硬件来加速字体光栅化。为此，计算被卸载到专用硬件上。硬件加速可以显著提高性能，但需要操作系统和图形驱动程序的支持。

因此，正如我们所看到的，栅格化会影响性能。有几种技术可用于优化它以提高速度和效率，而最佳技术因特定应用程序和所使用的硬件而异。

字体栅格化的潜在未来发展

尽管多年来的字体栅格化进展显着，但这里仍然有进一步发展的潜力。让我们指出该领域的一些潜在未来发展：

• **子像素渲染：**此技术调整子像素的位置，以增强字体的感知分辨率。随着显示器的分辨率更高，子像素渲染技术变得更加先进，它们可能会变得更加有效。
• **机器学习：**可以训练神经网络以更好地识别和渲染字体。它可能导致更准确，更一致的跨平台字体渲染。 改善抗质量：虽然当前的抗脉化技术有效，但这里仍然有很多改进。它可以优化，以减少模糊和保持字体清晰度。
• 可变字体是一项非常新的技术，可以根据用户的喜好或设备功能动态调整字体。开发此技术可以更好地控制 font属性，例如重量，宽度和间距。
• **提示的改进：**随着显示器的分辨率更高，可以开发更复杂的提示技术，以保持更广泛的设备和平台的字体可读性。

所有这些潜在的未来发展旨在使文本的更准确，一致的字体渲染以及提高的知名度和跨平台的清晰度。

结论

栅格字体是使用基于像素的图像或位图创建的字体。 字体栅格化是数字设备上文本渲染的关键步骤。它还可以显着影响文本的可读性和清晰度。值得一提的是，不同的栅格化技术可以在生成的字体图像中给出不同水平的质量。