CSharpGL(41)改进获取字形贴图的方法

CSharpGL(41)改进获取字形贴图的方法

在（http://www.cnblogs.com/bitzhuwei/p/CSharpGL-28-simplest-way-to-creating-font-bitmap.html）中我实现了纯C#获取字形贴图的方法。

最近发现这个方法有些缺陷：

1. 单纯地将每个字形左右两侧的部分剔除，这可能会损失某些信息。例如"新宋体"的小数点和数字宽度几乎是相同的，但是这个方法将小数点的宽度大大减少了。看下图就会发现区别。
   
2. 整个方法过程比较长，而我的代码逻辑也没有稳妥地分步进行，显得混乱难看。

于是我重新设计实现了这个方法。

试验

为了完美地得到最终结果，先得确认一些基本的前提条件。

同高？

在之前的实现版本里，用 Graphics.MeasureString() 能够得到任意字符串的Size，但是返回的字形宽度大于字形实际宽度，所以需要缩减一下。这个缩减也是导致缺陷1的原因。

因此我想了这样一个获取字符实际宽度的方法。举例来说，想知道在某Font下字符x的宽度，可以先用 SizeF oneSize = graphics.MeasureString("x", font) 获取这个单字符的宽度（左右有白边），再用 SizeF doubleSize = graphics.MeasureString("xx", font) 获取双字符的宽度（左右有白边），然后 doubleSize.Width - oneSize.Width 就是字符x的实际宽度了。最后用oneSize.Width左右分别去掉相同的空白量，就可以得到紧凑且无损的x的宽度了。

然而这个方法得到的x的高度取谁？oneSize.Height还是doubleSize.Height？如果两者相等（直觉上是），那么没问题了；如果两者不等，该肿么办？

这里第一个试验，就是要试试会不会有不等高的奇葩字符。

 

        /// <summary>
        /// result: only (char)10 and (char)132 triggers ("!!!!!!!!!!!!!!");
        /// </summary>
        static void TestIfDoubleCharChangesHeight()
        {
            var font = new Font("Arial", 32);
            using (var bmp = new Bitmap(1, 1))
            {
                using (var graphics = Graphics.FromImage(bmp))
                {
                    for (int i = 0; i <= char.MaxValue; i++)
                    {
                        SizeF oneSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}", (char)i), font);
                        SizeF doubleSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}{0}", (char)i), font);
                        if (oneSize.Height != doubleSize.Height)
                        {
                            Console.WriteLine("!!!!!!!!!!!!!!");
                        }
                    }
                }
            }
        }

试验结果证明只有(char)10 和 (char)132这两个特殊字符是不符合直觉的。所幸这2个字符是特殊字符，不可见的。所以以后直接忽略（跳过）即可。

同高？

仍然是个同高的问题，即：同一Font下的所有字形，通过 Graphics.MeasureString() 获得的高度都相同吗？直觉上是相同的，还是试验让你眼见为实。

        /// <summary>
        /// 有2种高度
        /// </summary>
        private static void TestIfAllHeightSame()
        {
            var font = new Font("Arial", 32);
            var heightDict = new Dictionary<float, List<char>>();

            using (var bmp = new Bitmap(1, 1))
            {
                using (var graphics = Graphics.FromImage(bmp))
                {
                    for (int i = 0; i <= char.MaxValue; i++)
                    {
                        SizeF oneSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}", (char)i), font);
                        SizeF doubleSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}{0}", (char)i), font);
                        if (oneSize.Height != doubleSize.Height) { continue; }

                        if (heightDict.ContainsKey(oneSize.Height))
                        {
                            heightDict[oneSize.Height].Add((char)i);
                        }
                        else
                        {
                            heightDict.Add(oneSize.Height, new List<char>((char)i));
                        }
                    }
                }
            }

            Console.WriteLine("{0} heights", heightDict.Count);
        }

试验以Arial字体为例，结果出现了2种高度的字形。这说明，一般普遍的，同一Font下的所有字形，通过 Graphics.MeasureString() 获得的高度是不同的。（不过相差不会大）

左右空白相等？

在第一个"同高"试验里，我说"最后用oneSize.Width左右分别去掉相同的空白量，就可以得到紧凑且无损的x的宽度了。"。这里包含一个假设，就是任意字符，其左右两侧的空白都是相等的。那么果真这么美好吗？试验让你眼见为实。

        private static void PrintAllUnicodeChars()
        {
            var font = new Font("Arial", 32);
            using (var bmp = new Bitmap(1, 1))
            {
                using (var graphics = Graphics.FromImage(bmp))
                {
                    for (int i = 0; i <= char.MaxValue; i++)
                    {
                        Console.WriteLine("Processing {0}/{1}", i, char.MaxValue);
                        Size oneSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}", (char)i), font).ToSize();
                        Size doubleSize = graphics.MeasureString(string.Format("{0}{0}", (char)i), font).ToSize();

                        if (oneSize.Height != doubleSize.Height) { continue; }
                        if (oneSize.Width >= doubleSize.Width) { continue; }

                        Size charSize = new Size(doubleSize.Width - oneSize.Width, oneSize.Height);
                        string dirName = string.Format("{0}x{1}", charSize.Width, charSize.Height);
                        if (!Directory.Exists(dirName)) { Directory.CreateDirectory(dirName); }

                        using (var oneBitmap = new Bitmap(oneSize.Width, oneSize.Height))
                        {
                            using (var g = Graphics.FromImage(oneBitmap))
                            { g.DrawString(string.Format("{0}", (char)i), font, Brushes.Red, 0, 0); }

                            using (var charBitmap = new Bitmap(charSize.Width, charSize.Height))
                            {
                                using (var g = Graphics.FromImage(charBitmap))
                                {
                                    g.DrawImage(oneBitmap, -(oneSize.Width - charSize.Width) / 2, 0);
                                }

                                charBitmap.Save(string.Format(@"{0}x{1}{2}.png", charSize.Width, charSize.Height, i));
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }

这个试验的代码会把所有Unicode字符都保存为一个单独的png图片，且相同大小的字符保存到同一目录下。

还是以Arial字体为例，高度只有52、54两种，宽度出现了128种。逐个打开这些文件夹查看，我是没有发现被截肢的字形。（其实我就挑着看了几个，而且很多国家的文字我不认识）

开工

上面的试验说明我已经可以用oneSize/doubleSize的方法获取一个紧凑无损的字形。那么剩下的就是好好梳理整个流程了。

        /// <summary>
        /// Gets a <see cref="FontBitmap"/>'s intance.
        /// </summary>
        /// <param name="font">建议最大字体不超过32像素高度，否则可能无法承载所有Unicode字符。</param>
        /// <param name="charSet"></param>
        /// <param name="drawBoundary"></param>
        /// <returns></returns>
        public static FontBitmap GetFontBitmap(this Font font, string charSet, bool drawBoundary = false)
        {
            var fontBitmap = new FontBitmap();// font, glyph dict, bitmap
            fontBitmap.GlyphFont = font;
            // 先获取各个glyph的width和height
            fontBitmap.GlyphInfoDictionary = GetGlyphDict(font, charSet);
            // 获取所有glyph的面积之和，开方得到最终贴图的宽度textureWidth
            int textureWidth = GetTextureWidth(fontBitmap.GlyphInfoDictionary);
            // 以所有glyph中height最大的为标准高度
            fontBitmap.GlyphHeight = GetGlyphHeight(fontBitmap.GlyphInfoDictionary, textureWidth);
            // 摆放glyph，得到x偏移和y偏移量，同时顺便得到最终贴图的高度textureHeight
            int textureHeight = LayoutGlyphs(fontBitmap.GlyphInfoDictionary, textureWidth, fontBitmap.GlyphHeight);
            // 根据glyph的摆放位置，生成最终的贴图
            fontBitmap.GlyphBitmap = PaintTexture(textureWidth, textureHeight, fontBitmap.GlyphInfoDictionary, font);

            return fontBitmap;
        }

对于"新宋体"的ASCII码，会得到这样的贴图：

如果想观察各个glyph的偏移量和宽高，就是这样的：

你可以注意到"小数点"终于和数字"0"到"9"是一样的宽度了。真正的紧凑且无损。

下载

CSharpGL已在GitHub开源，欢迎对OpenGL有兴趣的同学加入（https://github.com/bitzhuwei/CSharpGL）

总结

下面是"新宋体"Unicode的前面若干字形。