Freetype学习笔记
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作者联系方式：Li XianJing <xianjimli at hotmail dot com>
更新时间：2006-12-19
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/
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