クリアタイプ

ClearType は、フォントシステムでテキストをレンダリングするためのサブピクセル レンダリングテクノロジをMicrosoft が実装したものです。ClearType は、色の忠実度を犠牲にして強度の変化を増やすことで、特定の種類のコンピューター ディスプレイ画面でのテキストの外観を改善しようとします。このトレードオフは、 LCDフラット パネルモニターではうまく機能するとされています。

ClearTypeは、1998年11月のCOMDEX展示会で初めて発表されました。この技術は、2000年1月にMicrosoft Readerの常時オン機能として初めてソフトウェアに導入され^、2000年8月に一般に公開されました。

ClearTypeはWindows 7でのDirectWriteの導入により大幅に変更されました。^[2]

2012 年以降、 HiDPIディスプレイの利用が拡大したため、サブピクセル レンダリングの必要性は低下しました。

個々のピクセルの位置が恒久的に固定されているコンピューター ディスプレイ (最新のフラット パネル ディスプレイのほとんどなど) では、テキストなどの小さくてコントラストの高いグラフィック要素を表示すると、鋸歯状のエッジが表示されることがあります。ClearType は、サブピクセル レベルで空間アンチエイリアシングを使用して、テキストをレンダリングするときにこのようなディスプレイで目に見えるアーティファクトを減らし、テキストをより滑らかでギザギザの少ないものにします。また、ClearType は、フォントをピクセル グリッドに合わせるために、非常に強力なフォント ヒンティングを使用します。これにより、フォントのレンダリングの忠実度が犠牲になりますが、小さなフォントのエッジのコントラストと読みやすさが向上し、異なるフォントが似通ったものに見えるようになるとグラフィック デザイナーから批判されています。

他のほとんどのタイプのサブピクセル レンダリングと同様に、ClearType では、画像品質の 1 つの側面 (色またはクロミナンスの詳細) を別の側面 (明暗または輝度の詳細) のために犠牲にするという妥協が伴います。輝度の詳細がクロミナンスよりも重要な場合は、この妥協によってテキストの外観を改善できます。

ClearType のアプリケーションをレンダリングするのは、ユーザーとシステムのアプリケーションだけです。ClearType は、他のグラフィック表示要素 (既にビットマップ内にあるテキストを含む) を変更しません。たとえば、ClearType 拡張機能は、 Microsoft Wordの画面上のテキストをレンダリングしますが、 Adobe Photoshopなどのプログラムでビットマップ イメージ内に配置されたテキストはレンダリングしません。理論上、この方法 (内部的には「RGB デシメーション」と呼ばれます) は、あらゆるデジタル イメージのアンチエイリアシングを強化できます。 ^[3]

ClearTypeは、マイクロソフトの電子書籍チームのバート・キーリーとグレッグ・ヒッチコックによって発明されました。その後、同社の研究者によって分析され、信号処理の専門家であるジョン・プラットがアルゴリズムの改良版を設計しました。^{[4] 1997年から2004年までマイクロソフトの副社長を務めた} ディック・ブラスは、同社がポータブルコンピューティング分野でClearTypeを市場に投入するのが遅いと不満を述べました。^[5]

ClearType や同様のテクノロジーは、色の変化よりも強度の変化の方が目立つという理論に基づいて機能します。

MSDN の記事で、Microsoft は「ClearType でレンダリングされたテキストは、色に対する感度の異なる個人が見た場合、著しく異なって見えることもあります。一部の個人は、他の人よりも色のわずかな違いをよりよく検出できます」と認めています。^[6]この意見は、フォント デザイナーの Thomas Phinney ( FontLabの元 CEO 、元Adob​​e Systems ^[7] ) も共有しています。「色フリンジに対する感度にも、個人差があります。一部の人は、それに気づき、他の人よりもずっと気にします。」^[8]ソフトウェア開発者の Melissa Elliott は、ClearType レンダリングが読みにくいと感じたことについて、「黒いテキストではなく、青いテキストが見え、その上にレンダリングされて 1 ピクセルか 2 ピクセルずれて、オレンジ色のテキストが見え、誰かが紫色のピクセル グリッターの袋に手を伸ばしてそれを投げつけたように見えます...この問題を抱えているのは私だけではありませんが、この問題が発生するたびに、人々は、まるでそれが私を安心させるかのように、すぐにそれがうまくいくと私に保証します。」と述べています。^[9]

マイクロソフトで ClearType に取り組んだヒンティングの専門家 Beat Stamm ^[10]は、2008 年のLCDの一般的な^{解像度である}96 dpiでは ClearType がぼやけて見える可能性があることに同意していますが、高解像度のディスプレイではこの点が改善されると付け加えています。「 WPF [Windows Presentation Foundation] はメソッド C [分数ピクセル配置を使用した ClearType ^[12] ] を使用していますが、潜在的なぼやけをすべての人にとって問題にしないほどの高解像度のディスプレイ デバイスはほとんどありません。メソッド C のぼやけが問題ない人もいますが、そうでない人もいます。逸話的な証拠によると、メソッド C は、96 dpi で連続テキストを読む場合 (Times Reader など) は問題ないが、UI シナリオでは問題になる人がいます。96 dpi でも ClearType の色に問題がない人もたくさんいますが、そうでない人もいます。私の目には、96 dpi ではメソッド C はメソッド A ほど読みやすくありません。私には「ぼやけて」見えます。逆に、144dpiでは方法Cに問題はないと思います。見た目も読みやすさも私にはまったく問題ありません。」^[13]潜在的な問題の一例は次の画像です。

上記のテキスト ブロックでは、同じテキスト部分が上半分に ClearType レンダリングなしで表示され、下半分に ClearType レンダリングありで表示されています (前の画像の Standard と ClearType とは対照的です)。この例と、オレンジ色の円を使用した前の例は、導入されたぼかしを示しています。

2001 年にクレムソン大学とペンシルバニア大学の研究者が「3 つの異なるディスプレイでそれぞれ 60 分間小説を読んだ 18 人のユーザー」を対象に実施した調査では、「LCD ディスプレイで読む場合、ユーザーは ClearType でレンダリングされたテキストを好みました。また、ClearType では読みやすさの判断が高く、精神的疲労の評価も低かったです」という結果が出ました。^[14] 2002 年にクレムソン大学の同じ研究者が 24 人のユーザーを対象に実施した調査でも、「参加者は ClearType を使用した場合、使用しない場合に比べて単語の識別精度が大幅に向上しました」という結果が出ました。

テキサス大学オースティン校のディロンらによる 2006 年の研究によると、ClearType は「普遍的に有益ではない可能性がある」とのことです。この研究では、情報ワーカーがテキストを読むことに多くの時間を費やしている場合に最大のメリットが見られる可能性があると指摘しています (これは今日のコンピュータ ユーザーの大半に必ずしも当てはまるわけではありません)。さらに、研究参加者の 3 分の 1 以上が、ClearType の使用時に何らかの不利益を経験しました。ClearType またはその他のレンダリングを使用するかどうかは非常に主観的であり、個人の選択に委ねられています。このレポートでは、「パフォーマンスの向上以外の効果が得られるとユーザーが判断した場合は、[ClearType] を無効にできるようにする」ことを推奨しています。^[15]

2007年の別の実証研究では、「ClearTypeレンダリングは、知覚的に調整されたグレースケールレンダリングと比較して、テキストの読みやすさ、読み取り速度、快適さを改善しないが、被験者はグレースケールまたはより高いレベルのClearTypeコントラストのテキストよりも、中程度のClearTypeレンダリングのテキストを好む」ことが判明しました。^[16]

2007 年に Microsoft の研究員 Kevin Larson が行った文献調査では、異なる結果が示されました。「査読済みの研究では、ClearType を使用すると他のテキスト レンダリング システムに比べて読み取りパフォーマンスが向上することが一貫して示されています。たとえば、2004 年の研究では、サウスカロライナ州クレムソン大学の心理学教授 Lee Gugerty が、ClearType を使用した場合の単語認識精度が 17% 向上したと測定しました。Gugerty のグループはまた、文章理解の研究で、ClearType を使用すると読み取り速度が 5%、理解度が 2% 向上することを示しました。同様に、2007 年に発表された研究で、テキサス大学オースティン校の心理学者 Andrew Dillon は、被験者にスプレッドシートをスキャンして特定の情報を選択するように指示したところ、ClearType を使用するとそのタスクが 7% 高速化されることを発見しました。」^[17]

ClearType および関連技術には、固定ピクセルおよびサブピクセルを備えたディスプレイ ハードウェアが必要です。より正確には、画面上のピクセルおよびサブピクセルの位置は、接続先のコンピューターに正確に認識されている必要があります。これはフラット パネル ディスプレイの場合で、フラット パネル ディスプレイでは、ピクセルの位置は画面自体の設計によって永久に固定されています。ほぼすべてのフラット パネルには、正方形ピクセルの完全な長方形配列があり、各ピクセルには 3 つの原色の長方形サブピクセルが 3 つ含まれ、通常は赤、緑、青の順序で垂直の帯状に配置されています。ClearType は、テキストをレンダリングするときにこのピクセル配列を想定します。

ClearType は、ネイティブ解像度以外の解像度で動作するフラットパネル ディスプレイでは正しく動作しません。これは、ネイティブ解像度のみがディスプレイ画面上の実際のピクセル位置に正確に対応しているためです。

ディスプレイに ClearType が想定する固定ピクセル タイプがない場合、ClearType を有効にしてレンダリングされたテキストは、ClearType を有効にせずにレンダリングされたテキストよりも見栄えが悪くなります。一部のフラット パネルでは、ピクセルの配置が通常と異なり、色の順序が異なっていたり、サブピクセルの位置が異なっていたりします (3 つの水平方向の帯状など)。このようなディスプレイで使用するには、ClearType を手動で調整する必要があります (以下を参照)。

ClearTypeは、CRTディスプレイ（Windows XPのリリース時点ではまだ普及していたため、ClearTypeはデフォルトで無効になっています）などの固定ピクセル位置を持たないディスプレイでは意図したとおりに動作しませんが、アンチエイリアス効果は依然としてあり、アンチエイリアスなしのタイプと比較して一部のユーザーにとっては好ましい場合があります。^[18]

ClearType は LCD 画面の赤、緑、青の顔料の物理的なレイアウトを利用するため、ディスプレイの向きに敏感です。

Windows XPの ClearType は、 RGBおよびBGRサブピクセル構造をサポートしています。サブピクセルが水平に並べられるのではなく垂直に積み重ねられる回転ディスプレイはサポートされていません。 ^{[19]これらのディスプレイ構成で ClearType を使用すると、実際には表示品質が低下します。回転 LCD ディスプレイ (}タブレット PCまたは回転スタンド LCD ディスプレイ)を持つ Windows XP ユーザーにとって最善のオプションは、通常のアンチエイリアシングを使用するか、フォント スムージングを完全にオフにすることです。

Windows CEのソフトウェア開発者向けドキュメントには、回転画面用のClearTypeがそのプラットフォームでサポートされていると記載されています。^[20]

• Windows XP (デフォルトではオフ)
• Windows Vista (デフォルトでオン)
• Windows 7 (デフォルトでオン)
• Windows 8 : Windows 8デスクトップとすべてのデスクトップアプリでのみ使用される^[21]
• Windows 10 : ユニバーサル Windows プラットフォームではなく、Win32 アプリと Win32 システム機能でのみ使用されます。
• Internet Explorer 7以降 (デフォルトでオン)
• Microsoft Office 2007および 2010 (デフォルトでオン)
• Windows Live Messenger (デフォルトでオン)
• マイクロソフトリーダー

ClearType は、 Windows Presentation Foundationテキスト レンダリング エンジン の統合コンポーネントでもあります。

Vistaのリリースの一環として、マイクロソフトはClearTypeフォントコレクションと呼ばれるフォントセットをリリースしました。これはClearTypeシステムと相性が良いと考えられています。^{[22] [23]}

• カリブリ
• カンブリア
• カンダラ
• コンソラス
• コンスタンシア
• コーベル
• メイリオ

一部には含まれていますが、必ずしもセットの一部ではないフォント:

• カリアディン^[24]
• マルグン ゴシック
• マイクロソフト 鄭和
• マイクロソフト ヤヘイ
• セゴエ

ClearTypeはGDIアプリケーションに対してグローバルに有効または無効にすることができます。コントロールパネルアプレットを使用して、ユーザーがGDI ClearType設定を調整することができます。ClearTypeのGDI実装はサブピクセルの配置をサポートしていません。^[25]

Windows XPでは、ClearTypeのオン/オフは調整なしで切り替えることができますが、Windows 7以降では、コントロールパネルでClearTypeパラメータを調整できます。この機能がないWindowsバージョンでは、Microsoft ClearTypeチューナーユーティリティを無料でダウンロードできます。^[26]オペレーティングシステムでClearTypeが無効になっている場合でも、独自のClearTypeコントロールを持つアプリケーションはサポートできます。Microsoft Reader（電子書籍用）には独自のClearTypeチューナーがあります。

Windows Presentation Foundationのすべてのテキストはアンチエイリアス処理され、ClearType を使用してレンダリングされます。GDI アプリケーションと WPF アプリケーションには別々の ClearType レジストリ設定がありますが、デフォルトでは WPF エントリは存在せず、存在しない場合は GDI 値が使用されます。WPF レジストリ エントリは、MSDN WPF テキスト ブログの手順^[27]を使用して調整できます。

WPF の ClearType は、サブピクセル ポジショニング、自然な送り幅、Y 方向のアンチエイリアシング、ハードウェア アクセラレーションをサポートしています。WPF は、ビデオ メモリ内の事前レンダリングされた ClearType テキストの積極的なキャッシュをサポートしています。[ ^28]これがどの程度サポートされるかは、ビデオ カードによって異なります。DirectX 10 カードは、フォント グリフをビデオ メモリにキャッシュしてから、合成 (文字グリフを正しい順序で、正しい間隔で組み立てる)、アルファ ブレンディング(アンチエイリアシングの適用)、および RGB ブレンディング (ClearType のサブピクセル カラー計算) をすべてハードウェアで実行できます。つまり、元のグリフをフォントごとに 1 回だけビデオ メモリに保存すればよく (Microsoft は、これにはフォントごとに 2 MB のビデオ メモリが必要になると見積もっています)、アンチエイリアシングされたテキストを他のグラフィックス (ビデオを含む) の上に表示するなどの他の操作も、CPU の計算処理なしで実行できます。 DirectX 9 カードは、アルファ ブレンドされたグリフをメモリにキャッシュすることしかできないため、ビデオ カードに渡す前に、CPU がグリフの構成とアルファ ブレンディングを処理する必要があります。これらの部分的にレンダリングされたグリフをキャッシュするには、かなり多くのメモリが必要です (Microsoft はプロセスごとに 5 MB と見積もっています)。DirectX 9 をサポートしていないカードには、ハードウェア アクセラレーションによるテキスト レンダリング機能はありません。

マイクロソフトによれば、ディスプレイのピクセル密度が向上し、より高 DPI の画面が利用可能になるにつれて、カラー サブピクセル レンダリングの必要性は低下した。また、Windows タブレットのユーザー インターフェイスは、LCD カラー ストライプが水平に走る垂直方向の画面をサポートするように進化した。オリジナルのカラー ClearType サブピクセル レンダリングは、RGB または BGR ストライプが垂直に走る水平方向の LCD ディスプレイで最適に動作するように調整された。これらの理由から、マイクロソフトの次世代テキスト レンダリング API である DirectWrite は、カラー対応の ClearType から移行した。DirectWrite のフォント レンダリング エンジンは、PDC 2008で実証されたように、グレースケールアンチエイリアシングのみを備えた ClearType の別のバージョンをサポートし、^{[29]カラー サブピクセル レンダリングはサポートしていない。 [30]このバージョンは}Natural ClearTypeと呼ばれることもあるが、単に DirectWrite レンダリングと呼ばれることが多い (「ClearType」という用語は、RGB/BGR カラー サブピクセル レンダリング バージョンのみを指す)。^{[31]この改善は、} Firefox開発者などの独立したソースによって確認されている。 ^[32]特にコンパクトフォントフォーマット（CFF）のOpenTypeフォントでは顕著でした。 ^{[33] [34]}

Word 2013 、Excel 2013、Outlook 2013 の一部を含む多くの Office 2013 アプリは、ClearType の使用を停止し、この DirectWrite グレースケール アンチエイリアシングに切り替えました。その理由は、マレー・サージェントの言葉を借りれば、「ClearType には問題があります。背景ピクセルの色に大きく依存するからです。これらのピクセルが白であることが事前に分かっている場合は問題になりません。テキストの場合は通常そうです。しかし、一般的なケースでは、任意の背景の色を計算する必要があり、時間がかかります。一方、Word 2013 では、クールなアニメーションとスムーズなズームが楽しめます。もう何も飛びません。キャレット (テキスト挿入ポイントで点滅する縦線) でさえ、入力するとある位置から次の位置へと滑ります。ぎくしゃくした動きは、もうクールとは見なされません。アニメーションとズームは、滑らかに見えるように、人間の反応時間よりも速くなければなりません。そのため、少なくとも現在の世代のハードウェアでは、アニメーションのシナリオで ClearType を使用することはできません。また、将来のシナリオでは、画面の解像度が十分に高くなり、グレースケールのアンチエイリアシングで十分です。」^[35]

アニメーションのパフォーマンスや、カラーRGB/BGR ClearTypeアンチエイリアシングが問題となる垂直画面方向に関連する同じ理由から、ClearTypeの色対応バージョンは、Windows 8のMetroスタイルアプリプラットフォーム（およびWindows 10のユニバーサルWindowsプラットフォーム）では廃止されました。^{[36] [21]}スタートメニューや、従来のWin32 API（GDI/GDI+）を使用していないすべてのものが含まれます。

ClearTypeは登録商標であり、マイクロソフトは以下の米国特許に基づいて保護されていると主張しているが、いずれも期限切れとなっている。^{[37] [38]}

• サブピクセルレンダリング:
  • 米国特許 6,188,385 –テキストなどの画像を表示する方法および装置
  • 米国特許 6,219,025 –ストライプ表示デバイス上のピクセルサブコンポーネントへの画像データサンプルのマッピング
  • 米国特許 6,239,783 –画像データサンプルをディスプレイデバイス上のピクセルサブコンポーネントに重み付けしてマッピングする
  • 米国特許 6,307,566 –画像のレンダリングおよびラスタライズ操作を実行する方法および装置
• 複雑なカラーフィルタリング:
  • 米国特許 6,225,973 –前景/背景色画像データのサンプルをピクセルサブコンポーネントにマッピング
  • 米国特許 6,243,070 –画像内の色アーティファクトを検出し低減する方法および装置
  • 米国特許 6,393,145 –パターン化されたディスプレイデバイス上にレンダリングされる画像の解像度を向上させる方法、装置、およびデータ構造
  • 米国特許 6,973,210 –画像データをフィルタリングして、ディスプレイデバイスのピクセルサブコンポーネントにマッピングされたサンプルを取得する
  • 米国特許 7,085,412 –画像データをフィルタリングして、ディスプレイデバイスのピクセルサブコンポーネントにマッピングされたサンプルを取得する
• サブピクセルフォントのヒントとレイアウト:
  • 米国特許 6,421,054 –グリッドフィッティングおよびヒント操作を実行する方法および装置
  • 米国特許 6,282,327 –解像度が強化された既存の文字の送り幅を維持する
• ClearType のチューニング:
  • 米国特許 6,624,828 –ユーザー参照情報を使用して表示される画像の品質を向上させる方法および装置

ClearTypeという名前は、 Microsoft Surfaceタブレットの画面を指すためにも使われました。ClearType HDディスプレイは1366×768の画面を示し、ClearType Full HDディスプレイは1920×1080の画面を示します。^{[39] [40]}

• フォントのラスタライズ
• フリータイプ
• CoolType – Adob​​eによる同様の技術
• Quartz (グラフィック レイヤー)
• Retinaディスプレイ

Wikimedia Commons にはClearTypeに関連するメディアがあります。

• Microsoft ClearType - タイポグラフィ | Microsoft Learn
• Microsoft Typography における ClearType の説明
• Microsoft Research による ClearType フィルタリングの技術概要
• 低解像度でのラスター悲劇の再考 - Beat Stamm による、ClearType に重点を置いたラスター化に関するオンライン ブック
• Ron Feigenblatt 氏の Microsoft ClearType に関する発言
• ジョン・マーコフ、「マイクロソフトの Cleartype が独創性に関する議論を巻き起こす」、ニューヨーク・タイムズ、1998 年 12 月 7 日
• Betrisey, C.、Blinn, JF、Dresevic, B.、Hill, B.、Hitchcock, G.、Keely, B.、Mitchell, DP、Platt, JC、Whitted, T.、「パターン表示用変位フィルタリング」、Proc. Society for Information Display Symposium、pp. 296–299、(2000)。doi : 10.1889/1.1832941
• Farrell, Joyce ( 2009 )。「47.2: ClearType テクノロジの視覚的好み」。SIDシンポジウム技術論文ダイジェスト。40 (1): 702–705。doi :10.1889/1.3256881。S2CID  62714087。http://scien.stanford.edu/jfsite/Papers/ImageRendering/Displays/Farrell_et_al_SID2009.pdf
• Xu, J.、Farrell, J.、Matskewich, T.、および Wandell, B.「S-CIELAB メトリックを使用した推奨 Cleartype フィルタの予測」、IEEE 国際画像処理会議、2008 年 10 月。ClearType doi :10.1109/ICIP.2008.4711766
• Steven Sinofsky (2009 年 6 月 23 日) Windows 7 の ClearType に対するエンジニアリングの変更