Freetype学习笔记

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GTK+(基于DirectFB)的字体绘制是通过pango+freetype+fontconfig三者协作来完成的，其中，fontconfig负责字体的管理和配置，freetype负责单个字符的绘制，pango则完成对文字的排版布局。而我对这一部分的了解，基本上是空白的。这两天为了解决一个关于字体的BUG，花了一些时间阅读相关资料，这里记录一些freetype的学习笔记。

 

尽管点阵字体在时间和空间性能上都有较佳的表现，但是由于缺乏灵活性，无法改变字体的大小和风格，除了在一些嵌入式设备中仍然在使用外，大多数系统都使用矢量字体了。矢量字体不像点阵字体那样直接记录字符的字模数据，而是记录字体描述信息，其中最重要的两部分是outline和hint。

 

字体的outline(轮廓)：这是用来描述字体的基本手段，它一般由直线和贝塞尔（Bézier）曲线组成。贝塞尔（Bézier）曲线是一条由三个点确定的曲线，假设这三点的坐标是(Ax, Ay)、(Bx, By) 和(Cx, Cy)，那么曲线方程为：

    px = (1-t)2.Ax + 2t(1-t).Bx + t2.Cx
    py = (1-t)2.Ay + 2t(1-t).By + t2.Cy

 

字体精调提示(hint)。Outline已经描述字体的表现形式，但是数学上的正确对人眼来说并不见得合适，特别是缩放到特定的大小和分辨率的时候，字体可能变得不好看，或者不清析。Hint指的是一系列的技术，用来精调字体，让字体变得更美观，更清析。

 

在truetype字体中，hint是用一种编程语言来表述的，这种语言有点像汇编语言，每个语句完成一个单一的功能，通常用一个虚拟机来解释执行。它具有下列特点：

l         支持循环。

l         支持条件分支。

l         支持用户定义的函数。

l         支持以不同方式操作数据的指令集。

l         支持数学和逻辑指令集。

l         其它一些方法。

 

字符影射表(charmap)。字符对应的字体数据称为glyph，字体文件中通常带有一个字符映射表，用来把字符映射到对应glyph的索引值。因为字符集的编码方式有多种，所以可以存在多个子映射表，以支持从不同编码的字符到glyph索引的映射。如果某个字符没有对应的glyph，返回索引0，glyph 0通常显示一个方块或者空格。

 

矢量字体有多种不同的格式，其中TrueType用得最为广泛。它的扩展名通常为OTF或者TTF，它的文件内容由几部分组成，文件头、表目录和表。文件头描述了版本号和表的数目等信息，表目录记录了表的偏移量和大小，表则是表的实际数据。

 

文件头的格式为：

类型

名称

描述

Fixed

sfnt version

0x00010000 for version 1.0.

USHORT

numTables

Number of tables.

USHORT

searchRange

(Maximum power of 2 <= numTables) x 16.

USHORT

entrySelector

Log2(maximum power of 2 <= numTables).

USHORT

rangeShift

NumTables x 16-searchRange.

 

而表目录的结构为:

类型

名称

描述

ULONG

tag

4 -byte identifier.

ULONG

checkSum

CheckSum for this table.

ULONG

offset

Offset from beginning of TrueType font file.

ULONG

length

Length of this table.

 

而表的内容则与具体的表有关，比如cmap表存放是的字符映射关系、fpgm表存放的是outline的函数库、glyf表存放的是outline数据、而EBDT表存放的是嵌入式位图。

 

表EBDT(嵌入式位图)有什么用呢，原来是这样的，矢量字体尽管可以任何缩放，但缩得太小时，仍然存在问题，字体会变得不好好看或者不清析，即使采用hint精调，效果也不一定好，或者那样处理太麻烦了，这时可以采用点阵字体来弥补矢量字体的不足，EBDT就是用来存放点阵字体的字模数据的。

 

矢量字体的处理比较麻烦，即要进行矢量计算，又进行精调处理，相对于点阵字体来说慢多了，会不会存在性能问题呢？可能会的，不过可以通过下列两种方式缓解性能问题：

l         cache法。把刚计算出来的glyph放到cache中，下次再用到这个字符时，直接从cache中取，而不用重新计算。

l         预先计算法。把常用值预先计算出来，放在hdmx等表中，这可以节省不少计算时间。

 

Freetype是一个操作字体的函数库，它不但可以处理点阵字体，也可以处理多种矢量字体，包括truetype字体，为上层应用程序提供了一个统一的调用接口。Freetype具有良好的可移植性，特别考虑了嵌入式应用环境，字体文件可以在文件系统中，也可以在ROM中，甚至可以用自定义IO函数来访问字体数据。Freetype采用模块化设计，很容易进行扩充和裁减，据说如果只支持truetype，裁减后的二进制文件大小只有25K。Freetype是开放源代码的，它采用FreeType和GPL两种开源协议，可以用于任何商业用途。

 

Freetype的使用相对比较简单：

 

1.         包含freetype的头文件。

#include <ft2build.h>

#include FT_FREETYPE_H

 

 

2.         初始化freetype

FT_Library  library;

error = FT_Init_FreeType( &library );

 

 

3.         加载字体

error = FT_New_Face( library,

                       "/usr/share/fonts/truetype/arial.ttf",

                       0,

&face );

 

或者

error = FT_New_Memory_Face( library,

                              buffer,    /* first byte in memory */

                              size,      /* size in bytes        */

                              0,         /* face_index           */

                              &face );

 

 

4.         设置字体的大小

  error = FT_Set_Char_Size(

            face,    /* handle to face object           */

            0,       /* char_width in 1/64th of points  */

            16*64,   /* char_height in 1/64th of points */

            300,     /* horizontal device resolution    */

            300 );   /* vertical device resolution      */

  error = FT_Set_Pixel_Sizes(

            face,   /* handle to face object */

            0,      /* pixel_width           */

            16 );   /* pixel_height          */

 

 

5.         加载字符的glyph

glyph_index = FT_Get_Char_Index( face, charcode );

  error = FT_Load_Glyph(

            face,          /* handle to face object */

            glyph_index,   /* glyph index           */

            load_flags );  /* load flags, see below */

  error = FT_Render_Glyph( face->glyph,   /* glyph slot  */

                           render_mode ); /* render mode */

 

 

6.         字体变换(旋转和缩放)

  error = FT_Set_Transform(

            face,       /* target face object    */

            &matrix,    /* pointer to 2x2 matrix */

&delta );   /* pointer to 2d vector  */

 

 

7.         把字符显示出来(与具体实现有关)

draw_bitmap( &slot->bitmap,

                    pen_x + slot->bitmap_left,

pen_y - slot->bitmap_top );

 

 

对于字体处理，我才了解一点皮毛，希望大家不吝赐教。

 

参考资源：

http://freetype.sourceforge.net

http://www.truetype-typography.com/