フォントのラスタライズ

フォントのラスタライズとは、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 フォントで見られるもの)からラスター記述またはビットマップ記述に 変換するプロセスです。この処理では、画面上のテキストをより滑らかで読みやすくするために、アンチエイリアシングが実行されることがよくあります。また、ヒント(特定の文字サイズのレンダリングの詳細を最適化するためにフォント データに埋め込まれた情報)が使用される場合もあります。

ラスタライズの最も単純な形式は、いかなる種類のアンチエイリアスも行わない単純な線描画です。Microsoft の用語では、これは中間のグレーの濃淡がグリフの描画に使用されないことから、バイレベル(またはより一般的には「白黒」) レンダリングと呼ばれます (実際、任意の 2 つの色を前景と背景として使用できます)。^[1]この形式のレンダリングは、エイリアスまたは「ギザギザ」とも呼ばれます。^[2]これは、計算の労力が最も少ないという意味で、最も高速な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、小さい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、グリフ内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ラスタライザーが決定するのに役立つヒント、または特定のピクセル サイズで使用するために手動で調整されたビットマップのセットが含まれています。^[1]典型的な例として、Windows 95より前のすべてのバージョンのMicrosoft Windows （ Windows 3.1など）では、このタイプの組み込みラスタライザのみが提供されていました。^[2]

より複雑なアプローチは、コンピュータ グラフィックスの標準的なアンチエイリアシング手法を使用することです。これは、文字の端にある各ピクセルについて、その文字が占めるピクセルの割合を決定し、その不透明度でそのピクセルを描画すると考えることができます。たとえば、白 (FFFFFF) の背景に黒 (000000) の文字を描画する場合、ピクセルが理想的には半分塗りつぶされる必要がある場合 (おそらく、隅から隅までの対角線で)、そのピクセルは 50% グレー (BCBCBC) で描画されます。この手順を過度に単純に適用すると、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 ピクセル幅の縦線が含まれているが、ちょうど 2 ピクセルの間にある場合、画面上では 2 ピクセル幅のグレーの線として表示されます。このぼやけにより、明瞭さが犠牲になり、正確さが損なわれます。ただし、最近のシステムでは、線が整数ピクセル座標内に収まるように強制されることが多く、これによりグリフはよりシャープに見えますが、印刷された紙の上で見える線よりもわずかに太くなったり細くなったりします。

ほとんどのコンピュータ ディスプレイのピクセルは、複数のサブピクセル (通常は赤、緑、青のそれぞれに 1 つずつあり、これらを組み合わせて全範囲の色を生成します) で構成されています。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利用し、画面の有効解像度を上げることができます。これは一般にサブピクセル レンダリングと呼ばれます。サブピクセル レンダリングの独自の実装の 1 つに、Microsoft のClearTypeがあります。

最近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する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ている場合もあれば、後で追加される場合もあります。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で単一のライブラリに標準化しようとします。

Microsoft Windows は、 Windows XP以降、サブピクセル レンダリングをサポートしています。一方、ClearType のない標準の Microsoft ラスタライザは、書体デザイナーの明瞭性の意図を優先する例です。書体デザイナーのヒントの意図に従って、テキストを整数座標位置に強制し、書体デザイナーの Gasp テーブルの意図に従って、特定のサイズのフォントをアンチエイリアスしないことによって、画面上では読みやすくなりますが、印刷すると多少異なって見える場合があります。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 Direct2D/DirectWrite が出荷されたことで変更され、1/16 ピクセル サイズへのサブピクセル テキスト配置が可能になりました。^[3]

Mac OS XのQuartz はサブピクセル ポジショニングを使用しているのが特徴です。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シング手法^{[4]を使用して、文字や線を}書体デザイナーのヒントの意図から遠ざけ、元のアウトラインに近づけます。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、小さいポイント サイズでは読みにくい場合があります。macOS Mojave 以降、Quartz レンダラーはサブピクセル レンダリングを削除し、代わりにグレースケール アンチエイリアシングのみに依存しています。この変更は HiDPI の「Retina」画面では許容されますが、外部モニター上のテキストは読みにくくなります。^[5]

他のほとんどのシステムはFreeTypeライブラリを使用していますが、設定によっては Microsoft と Apple の実装の中間に位置する可能性があります。FreeType はヒントとアンチエイリアシングをサポートし、オプションでサブピクセル レンダリングと配置を実行します。FreeType は、色バランスのとれたサブピクセル レンダリングやガンマ補正など、どちらの実装にも存在しない機能も提供します。^[6]

アプリケーションは独自のフォントレンダリングソリューションを提供する場合もあります。Skia Graphics Engine ( Google Chromeで使用) などのグラフィックスフレームワークは、独自のフォントレンダラーを使用する場合があります。ビデオゲームやその他の 3D アプリケーションでは、さまざまなSDFベースのレンダラーや「Slug」などのより高速な GPU ベースのレンダラーが必要になる場合もあります。^[7]

ウィキメディア・コモンズには、フォントのラスタライズに関連するメディアがあります。

• 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
• CS 354 コンピュータグラフィックス - パスレンダリング、テキサス大学オースティン校
• テキストのラスタライズ露出
• タイポグラフィのアンチエイリアシングの欠点