フォントのラスタライズ

フォントラスタライズとは、テキストをベクター記述（TrueTypeフォントなどのスケーラブルフォントに見られる）からラスターまたはビットマップ記述に変換するプロセスです。多くの場合、画面のテキストにアンチエイリアスを適用して、よりスムーズで読みやすくします。また、ヒント-特定の文字サイズのレンダリング詳細を最適化するフォントデータに埋め込まれた情報も含まれます。

ラスタライズの種類

ラスター化の最も単純な形式は、アンチエイリアスを使用しない単純な線描画です。 Microsoftの用語では、グリフの描画に中間のシェード（グレー）が使用されないため、これは2レベル （より一般的には「白黒」）レンダリングと呼ばれます。 （実際には、任意の2色を前景と背景として使用できます。）この形式のレンダリングは別名または「ギザギザ」とも呼ばれます。これは、最小限の計算作業で済むという意味で、最速のレンダリング方法です。ただし、レンダリングされたグリフは定義が失われ、小さなサイズでは認識しにくくなるという欠点があります。そのため、多くのフォントデータファイル（TrueTypeなど）には、ラスタライザーがグリフの特に問題のある領域のピクセルをレンダリングする場所を決定するのに役立つヒント、または特定のピクセルサイズで使用する手調整ビットマップのセットが含まれています。プロトタイプの例として、Windows 95より前のMicrosoft Windowsのすべてのバージョン（Windows 3.1など）は、このタイプの組み込みラスタライザのみを提供していました。

より複雑なアプローチは、コンピュータグラフィックスからの標準のアンチエイリアス技術を使用することです。これは、キャラクターの端にある各ピクセルについて、そのピクセルがキャラクターに占める量を決定し、そのピクセルをその不透明度で描画することと考えることができます。たとえば、白い背景に黒の文字を描くとき、​​理想的には、ピクセルを半分塗りつぶす必要がある場合（おそらく、コーナーからコーナーへの対角線で）、50％グレーで描画されます。この手順を過度に適用すると、ぼやけたグリフが生成される可能性があります。たとえば、文字に1ピクセル幅である必要があるが2ピクセルの間にある垂直線が含まれている場合、画面上では2ピクセル幅の灰色の線として表示されます。この不鮮明さは、明度と正確さのトレードオフです。ただし、最新のシステムでは、線が整数ピクセル座標内に収まることがよくあるため、グリフはシャープに見えますが、印刷された用紙上で見た場合よりも線がわずかに広くまたは薄くなります。

ほとんどのコンピューターディスプレイには、複数のサブピクセルで構成されるピクセルがあります（通常、赤、緑、青の各ピクセルが組み合わされて、すべての色が生成されます）。場合によっては、特にフラットパネルディスプレイでは、ピクセル全体を使用するのではなく、サブピクセル解像度でレンダリングすることでこれを活用することができます。これにより、画面の有効解像度が向上します。これは一般にサブピクセルレンダリングとして知られています。サブピクセルレンダリングの独自の実装の1つは、MicrosoftのClearTypeです。

現在使用されているラスター化システム

最新のオペレーティングシステムでは、ラスタライズは通常、多くのアプリケーションに共通の共有ライブラリによって提供されます。このような共有ライブラリは、オペレーティングシステムまたはデスクトップ環境に組み込まれるか、後で追加されます。原則として、各アプリケーションは異なるフォントラスタライズライブラリを使用できますが、実際には、ほとんどのシステムは単一のライブラリで標準化を試みます。

Microsoft Windowsは、Windows XP以降のサブピクセルレンダリングをサポートしています。 Windowsラスタライザは、明確さを優先するものの例です。テキストを整数の座標位置に強制することにより（特定のフォントを特定のサイズでアンチエイリアシングすることさえしない）、画面上で読みやすくなりますが、印刷すると多少異なるように見えることがあります。これは、Windows 7およびWindows Vistaプラットフォームアップデートで出荷されるDirect2D / DirectWriteで変更されました。

Mac OS XのQuartzは、浮動小数点ポジショニングの使用によって区別されます。グリフを正確なピクセル位置に強制するのではなく、サブピクセルレンダリングを含むさまざまなアンチエイリアス技術を使用して、文字や線をタイプデザイナーの意図に近づけるように配置します。その結果、画面上の表示は印刷出力と非常によく似ていますが、小さなポイントサイズでは読みにくい場合があります。他のラスタライザーとは異なり、Quartzはフォント内のPostscriptまたはTrueTypeヒントを無視し、独自のアルゴリズムのみに依存します。 1998年にMac OS 8.5でよりシンプルなタイプのフォントアンチエイリアシングが導入されました。Appleの技術は、Windows用Safariの古いバージョンのWindowsで見ることができます。ただし、最近のバージョンでは、Appleはデフォルトでシステム設定の使用に切り替えました。

RISC OSには、1989年1月以前に初めて導入されたフォントアンチエイリアシングが含まれています。独自のフォントレンダリングシステムを使用し、読みやすさよりも正確な形状を優先し、足場とヒント、サブピクセルの配置、背景のブレンドなどの機能を備えています。

PDFドキュメントは通常、Adobe CoolTypeでレンダリングされます。

他のほとんどのシステムでは、MicrosoftとAppleの実装の中間に位置するFreeTypeライブラリを使用しています。ヒントとアンチエイリアスをサポートし、オプションでサブピクセルレンダリングを実行します。ほとんどのLinuxディストリビューションに含まれているフリーフォントは、FreeTypeの「自動ヒンティング」モードでより見栄えがよく、高品質でライセンスの煩わしさなしに使用できます。

D-Type Font Engineは、独立した独自のポータブルなフォントラスタライゼーションライブラリです。アンチエイリアシング、サブピクセル精度、自動ヒンティング、ビットマップフィルタリング、および画面上のテキストの外観と読みやすさを向上させることができるその他の技術を提供します。著者によると、D-Type Font Engineの表示品質は、非ヒンティングTrueType、OpenType、またはType 1フォントのみを使用して、WindowsおよびMac OS Xフォントラスタライザーの品質と同等またはそれ以上に設定できます。