コンピュータフォント

コンピュータフォントは、グラフィカルに関連する一連のグリフを含むデジタルデータ ファイルとして実装されます。コンピュータ フォントは、フォント エディタを使用して設計および作成されます。印刷用ではなく、コンピュータ画面用に特別に設計されたコンピュータ フォントは、スクリーン フォントです。

活版印刷の用語では、フォントとは特定の書体、サイズ、幅、太さ、傾きなど (たとえば、Gill Sans太字 12 ポイントまたはCentury Expanded 14 ポイント) の活版印刷物の集合であり、書体とはさまざまなスタイルやサイズの関連フォントのコレクション (たとえば、 Gill Sansのすべての種類) を指します。HTML、CSS、および関連テクノロジでは、フォント ファミリ属性は書体のデジタル版を指します。 1990 年代以降、印刷業界以外の多くの人々が、フォントという単語を書体と同義語として使用してきました。

コンピュータ フォント ファイルのデータ形式には、基本的に次の 3 種類があります。

• ビットマップフォントは、各書体とサイズの各グリフのイメージを表すドットまたはピクセルのマトリックスで構成されます。
• ベクターフォント (アウトライン フォントを含み、アウトラインフォントの同義語として使用される場合もあります)は、ベジェ曲線、描画命令、および数式を使用して各グリフを記述し、文字のアウトラインを任意のサイズに拡大縮小できるようにします。
• ストロークフォントは、一連の指定された線と追加情報を使用して、特定の書体の線のサイズと形状を定義し、これらを組み合わせてグリフの外観を決定します。

ビットマップフォントは、他のフォントタイプよりもコンピュータコードで作成するのが速くて簡単ですが、スケーラブルではありません。ビットマップフォントでは、サイズごとに別々のフォントが必要です。^[1]アウトラインフォントとストロークフォントは、各グリフのコンポーネントに異なる測定値を代入することで、単一のフォントでサイズを変更できますが、画面や印刷でビットマップを表示するために追加のコンピュータコードが必要になるため、画面や印刷でのレンダリングがビットマップフォントよりも複雑です。すべてのフォントタイプがまだ使用されていますが、今日のコンピュータで使用されているフォントのほとんどはアウトラインフォントです。

フォントは、等幅フォント(つまり、描画時に各文字が隣接する前の文字から一定の距離でプロットされる) またはプロポーショナル フォント(各文字に独自の幅がある) にすることができます。ただし、特定のフォント処理アプリケーションは、特にテキストを両端揃えにする場合に、間隔に影響を与える可能性があります。

ビットマップフォントは、各グリフをピクセルの配列（つまりビットマップ）として保存するフォントです。あまり一般的には、ラスター フォントまたはピクセル フォント。ビットマップ フォントはラスター イメージ。フォントの各バリアントには、グリフ イメージの完全なセットがあり、各セットには各文字のイメージが含まれています。たとえば、フォントに 3 つのサイズがあり、太字と斜体の組み合わせがある場合は、イメージの完全なセットが 12 個ある必要があります。

ビットマップ フォントの利点は次のとおりです。

• レンダリングが非常に高速かつシンプル
• 他の種類よりも作成が簡単です。
• スケールなしのビットマップフォントは、同じ仕様のディスプレイに表示されると常にまったく同じ出力になります。
• フォントを明瞭に表示するために微調整が必​​要な、非常に低品質または小型のディスプレイに最適です。

ビットマップ フォントの主な欠点は、アウトライン フォントやストローク フォントに比べて、拡大縮小やその他の変形を行うと見た目の品質が悪くなる傾向があることと、同じフォントを最適化した専用サイズで多数用意するとメモリ使用量が大幅に増加することです。初期のビットマップ フォントは、8、9、10、12、14、18、24、36、48、72、96 ポイント (解像度 96  DPIを想定) などの特定の最適化サイズでのみ使用可能で、カスタム フォントは、見出しフォントが 72 ポイントのみなど、特定の 1 つのサイズでのみ使用可能であることが多くありました。

初期のコンピュータ システムでは処理能力とメモリが限られていたため、ビットマップ フォントのみを使用する必要がありました。ハードウェアの改良により、任意のスケーリングが望ましい場合にはアウトライン フォントやストローク フォントに置き換えることが可能になりましたが、組み込みシステムや速度とシンプルさが重要視されるその他の場所では、今でもビットマップ フォントが広く使用されています。

ビットマップ フォントは、Linuxコンソール、Windows 回復コンソール、および組み込みシステムで使用されます。古いドット マトリックス プリンタではビットマップ フォントが使用されていました。多くの場合、ビットマップ フォントはプリンタのメモリに保存され、コンピュータのプリンタ ドライバによってアドレス指定されていました。ビットマップ フォントはクロスステッチで使用されることがあります。

ビットマップ フォントを使用して文字列を描画するということは、文字列を構成する各文字のビットマップを、文字ごとにインデントしながら順次出力することを意味します。

デジタル ビットマップ フォント (およびベクター フォントの最終レンダリング)では、モノクロまたはグレーの濃淡が使用される場合があります。後者はアンチエイリアス処理されます。テキストを表示する場合、通常、オペレーティング システムは、フォントの色と背景色の中間色として「グレーの濃淡」を適切に表現します。ただし、テキストが透明な背景の画像として表現される場合、「グレーの濃淡」には部分的な透明度を許可する画像形式が必要です。

ビットマップ フォントは、ネイティブのピクセルサイズで最も見栄えがよくなります。ビットマップ フォントを使用するシステムの中には、アルゴリズムによってフォントのバリエーションを作成できるものもあります。たとえば、オリジナルのApple Macintoshコンピューターは、垂直方向のストロークを広げて太字にしたり、イメージを傾斜させて斜体を作成したりできます。ネイティブ サイズ以外では、多くのテキスト レンダリング システムで最近接再サンプリングが実行され、エッジが粗くギザギザになります。より高度なシステムでは、アプリケーションが要求するサイズと一致しないビットマップ フォントに対してアンチエイリアシングを実行します。この手法は、フォントを小さくするには有効ですが、エッジがぼやける傾向があるため、サイズを大きくするにはあまり有効ではありません。ビットマップ フォントを使用する一部のグラフィック システム (特にエミュレーターのもの) では、フォントやその他のビットマップに2xSaIやhq3xなどの曲線に敏感な非線形再サンプリング アルゴリズムを適用します。これにより、フォントがぼやけるのを防ぎながら、サイズを適度に大きくしても、不快な歪みをほとんど生じさせません。

ビットマップ フォントとアウトライン フォントの違いは、ビットマップとベクター イメージ ファイル形式の違いに似ています。ビットマップ フォントは、Windows ビットマップ(.bmp)、Portable Network Graphics (.png)、Tagged Image Format (.tif または .tiff) などのイメージ形式に似ており、イメージ データをピクセルのグリッドとして保存し、場合によっては圧縮します。Windowsメタファイル形式 (.wmf)、Scalable Vector Graphics形式 (.svg) などのアウトラインまたはストローク イメージ形式は、イメージ自体を保存するのではなく、イメージの描画方法の指示を直線や曲線の形で保存します。

「トレース」プログラムは、高解像度のビットマップ フォントのアウトラインをたどり、フォント デザイナーがPostScriptやTrueTypeなどのシステムで役立つアウトライン フォントを作成するために使用する初期アウトラインを作成できます。アウトライン フォントは、ギザギザのエッジやぼやけがなく、簡単に拡大縮小できます。

• ポータブルコンパイルフォーマット(PCF)
• グリフ ビットマップ配布形式(BDF)
• サーバー標準フォーマット(SNF)
• DECWindows フォント (DWF)
• Sun X11/NeWS 形式 (BF、AFM)
• Microsoft Windows ビットマップ フォント (FON)
• Amiga フォント、ColorFont、AnimFont
• バイトマップフォント（BMF）^[2]
• PC スクリーンフォント(PSF)
• スケーラブル スクリーン フォント (SFN、アウトライン フォントもサポート)
• TeX DVI ドライバ用のパックされたビットマップ フォント ビットマップ ファイル (PK)
• FZXはZX Spectrum用のプロポーショナルビットマップフォントである^[3]

アウトライン フォントまたはベクター フォントは、グリフの境界を定義する直線と曲線で構成されるベクター画像のコレクションです。初期のベクター フォントは、通常、太いアウトライン グリフではなく細い一筆の独自の内部フォントを使用するベクター モニタとベクター プロッタで使用されていました。デスクトップ パブリッシングの出現により、最初のMacintoshとレーザー プリンタのグラフィカル ユーザー インターフェイスを統合する共通標準の必要性が生じました。統合テクノロジを表す用語はWYSIWYG (What You See Is What You Get) でした。この共通標準は Adob​​e PostScriptでした (そして今でもそうです^{[いつ? ]} ) 。^{[出典が必要]アウトライン フォントの例には、PostScript} Type 1 および Type 3 フォント、TrueType、OpenType、Compugraphic などがあります。

アウトライン フォントの主な利点は、ビットマップ フォントとは異なり、ピクセルではなく直線と曲線の集合であるため、ピクセル化を起こさずに拡大縮小できることです。したがって、アウトライン フォントの文字は任意のサイズに拡大縮小でき、ビットマップ フォントよりも魅力的な結果で変換できますが、処理にかなりの時間がかかり、フォント、レンダリング ソフトウェア、および出力サイズによっては望ましくないレンダリングが生じる可能性があります。それでも、アウトライン フォントは、必要に応じて事前にビットマップ フォントに変換できます。ビットマップ フォントでは、ピクセルが直線にならない場合に対応する曲線を推測して近似する ヒューリスティック アルゴリズムが必要になるため、逆の変換はかなり困難です。

アウトラインフォントには、使用されるベジェ曲線をラスターディスプレイ（ほとんどのコンピュータモニタやプリンタなど）に正確にレンダリングできず、レンダリングの形状が目的のサイズと位置によって変わる可能性があるという大きな問題があります。^{[4]この問題の視覚的な影響を軽減するには、}フォントヒンティングなどの手段を使用する必要がありますが、正しく実装するのが難しい高度なソフトウェアが必要です。最近のデスクトップコンピュータシステムの多くには、これを行うソフトウェアが含まれていますが、ビットマップフォントよりもかなり多くの処理能力を使用し、特にフォントサイズが小さい場合に軽微なレンダリングの欠陥が発生する可能性があります。それでも、ピクセル化を起こさずにフォントを自由に拡大縮小できることは、欠陥や計算の複雑さの増加を正当化するほど重要であると考えられるため、アウトラインフォントは頻繁に使用されます。

Type 1 および Type 3 フォントは、プロフェッショナルなデジタル植字用にAdob​​eによって開発されました。PostScriptを使用するグリフは、3 次ベジェ曲線で記述されたアウトライン フォントです。Type 1 フォントは PostScript 言語のサブセットに制限されており、非常に高価だった Adob​​e のヒント システムを使用していました。Type 3 では、PostScript 言語を無制限に使用できますが、ヒント情報が含まれていないため、低解像度のデバイス (コンピューター画面やドットマトリックス プリンターなど) でレンダリング アーティファクトが目立つ可能性があります。

TrueType は、もともとApple 社によって開発されたフォント システムです。これは、多くの人が高価すぎると感じていた Type 1 フォントを置き換えることを目的としていました。Type 1 フォントとは異なり、TrueType グリフは 2 次ベジェ曲線で記述されます。現在、TrueType は非常に人気があり、すべての主要なオペレーティング システムに実装されています。

OpenType は、 AdobeとMicrosoftによって設計されたスマート フォント システムです。OpenType フォントには、TrueType またはCFF形式のアウトラインと、さまざまなメタデータが含まれています。

グリフのアウトラインは、個々のストローク パスの頂点と、対応するストローク プロファイルによって定義されます。ストローク パスは、グリフの一種の位相的なスケルトンです。アウトライン フォントと比較したストローク ベース フォントの利点は、グリフを定義するために必要な頂点の数が少なくなる、同じ頂点を使用して、異なるストローク ルールを使用して異なるウェイト、グリフ幅、またはセリフを持つフォントを生成できる、および関連するサイズが節約されることです。フォント開発者にとって、ストロークごとにグリフを編集する方がアウトラインを編集するよりも簡単で、エラーも起こりにくくなります。ストローク ベース システムでは、基本グリフのストロークの太さを変えずに、グリフの高さや幅を拡大縮小することもできます。ストローク ベース フォントは、組み込みデバイスで使用するために東アジア市場で積極的に宣伝されていますが、このテクノロジは表意文字に限定されません。

商業開発者には、Agfa Monotype (iType) や Type Solutions, Inc. ( Bitstream Inc.所有) などがあり、ストロークベースのフォント タイプとフォント エンジンを独自に開発しています。

Monotype と Bitstream は、東アジアの文字セットでストロークベースのフォントを使用することで大幅なスペース節約が実現できると主張していますが、スペース節約の大部分は、TrueType 仕様の一部であり、ストロークベースのアプローチを必要としない複合グリフの構築によるものです。

Metafont は、異なる種類のグリフ記述を使用します。TrueType と同様に、ベクター フォント記述システムです。多角形または楕円形のペンを多角形で近似して、3 次複合ベジェ曲線と直線セグメントで作成されたパスに沿って移動したり、そのようなパスを塗りつぶしたりして、グリフを描画します。パスをストロークするときに、ストロークのエンベロープが実際に生成されることはありませんが、この方法では精度や解像度が損なわれることはありません。Metafont が使用する方法は、ベジェの平行曲線が 10 次代数曲線になる可能性があるため、数学的に複雑です。^[5]

2004年、DynaComwareはストロークベースのフォント形式であるDigiTypeを開発しました。2006年、Saffron Type Systemの開発者は、従来のアウトラインベースのフォントの表現力と均一幅のストロークベースのフォント（USF）の小さなメモリフットプリントを提供することを目的とした、Stylized Stroke Fonts （SSF）と呼ばれるストロークベースのフォントの表現を発表しました。^[6]

AutoCAD はSHX/SHPフォントを使用します。

一般的なフォントには、数百、数千ものグリフが含まれており、多くの異なる言語の文字を表すことがよくあります。多くの場合、ユーザーが必要とするのは、利用可能なグリフの小さなサブセットだけです。サブセット化とは、フォント ファイルから不要なグリフを削除するプロセスであり、通常はファイル サイズを小さくすることを目的としています。ファイル サイズを小さくすると、ページの読み込み時間とサーバーの負荷が軽減されることが多いため、これは Web フォントでは特に重要です。また、フォントは世界のさまざまな地域向けに異なるファイルで発行されることもありますが、OpenType 形式の普及により、これはますます珍しくなっています。

• Adobe Systems, Inc. 対 Southern Software, Inc.、コンピュータフォントの著作権保護に関する米国地方裁判所の訴訟
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• Unicode書体
• ウェブタイポグラフィには、ウェブサイトにフォントを埋め込む方法が含まれます。

• Wright, T. (1998). 「コンピュータフォントの歴史と技術」. IEEE Annals of the History of Computing . 20 (2): 30–34. doi :10.1109/85.667294.

• フォントの検索に関する FAQ (Microsoft)
• LDP の Font-HOWTO のフォント技術の章
• Microsoft のフォント ガイド
• フォント用語集 50以上の項目と役立つ図表