ClearType

ClearType — это реализация Microsoft технологии субпиксельного рендеринга для рендеринга текста в системе шрифтов . ClearType пытается улучшить внешний вид текста на определенных типах компьютерных экранов, жертвуя точностью цветопередачи ради дополнительного изменения интенсивности. Утверждается, что этот компромисс хорошо работает на ЖК- мониторах с плоским экраном .

Впервые ClearType был анонсирован на выставке COMDEX в ноябре 1998 года . Технология была впервые представлена ​​в программном обеспечении в январе 2000 года ^[1] как постоянно включенная функция Microsoft Reader , которая была выпущена для публики в августе 2000 года.

ClearType был значительно изменен с появлением DirectWrite в Windows 7. [ ^2]

С ростом доступности дисплеев HiDPI после 2012 года необходимость в субпиксельной визуализации отпала.

Компьютерные дисплеи, где положение отдельных пикселей постоянно зафиксировано — например, большинство современных плоских дисплеев — могут показывать пилообразные края при отображении небольших высококонтрастных графических элементов, таких как текст. ClearType использует пространственное сглаживание на уровне субпикселей для уменьшения видимых артефактов на таких дисплеях при отображении текста, делая текст более «гладким» и менее зубчатым. ClearType также использует очень тяжелую подсказку шрифта, чтобы заставить шрифт вписаться в пиксельную сетку. Это увеличивает контрастность краев и читаемость мелких шрифтов за счет точности отображения шрифтов и подвергается критике со стороны графических дизайнеров за то, что делает разные шрифты похожими.

Как и большинство других типов субпиксельной визуализации, ClearType подразумевает компромисс, жертвуя одним аспектом качества изображения (цвет или цветность ) ради другого (светлые и темные или яркостные детали). Компромисс может улучшить внешний вид текста, когда яркостные детали важнее цветности.

Только пользовательские и системные приложения отображают приложение ClearType. ClearType не изменяет другие графические элементы отображения (включая текст, уже находящийся в растровых изображениях ). Например, улучшение ClearType отображает текст на экране в Microsoft Word , но текст, помещенный в растровое изображение в такой программе, как Adobe Photoshop, не отображает. Теоретически, метод (внутренне называемый «RGB Decimation») может улучшить сглаживание любого цифрового изображения. ^[3]

ClearType был изобретен в команде Microsoft e-Books Бертом Кили и Грегом Хичкоком. Затем он был проанализирован исследователями компании, а эксперт по обработке сигналов Джон Платт разработал улучшенную версию алгоритма. ^[4] Дик Брасс , вице-президент Microsoft с 1997 по 2004 год, жаловался, что компания медленно продвигает ClearType на рынок портативных компьютеров. ^[5]

ClearType и аналогичные технологии работают на основе теории, согласно которой изменения интенсивности более заметны, чем изменения цвета.

В статье MSDN Microsoft признает, что «[текст], отрисованный с помощью ClearType, может также выглядеть существенно по-разному при просмотре людьми с разным уровнем цветовой чувствительности. Некоторые люди могут замечать небольшие различия в цвете лучше, чем другие». ^[6] Это мнение разделяет дизайнер шрифтов Томас Финни (бывший генеральный директор FontLab , ранее также работавший в Adobe Systems ^[7] ): «Также существуют значительные различия между людьми в их чувствительности к цветовой окантовке. Некоторые люди просто замечают ее и беспокоятся из-за нее гораздо больше, чем другие». ^[8] Разработчик программного обеспечения Мелисса Эллиотт написала о том, что считает неудобным для чтения рендеринг ClearType, заявив, что «вместо того, чтобы видеть черный текст, я вижу синий текст, а поверх него, но со смещением на один-два пикселя, я вижу оранжевый текст, а кто-то достал из пакета фиолетовые пиксельные блестки и просто бросил их на него... Я не единственный человек в мире с этой проблемой, и тем не менее, каждый раз, когда она возникает, люди спешат заверить меня, что это работает для них, как будто это должно заставить меня почувствовать себя лучше». ^[9]

Эксперт по намёкам Бит Стамм, работавший над ClearType в Microsoft, ^[10] соглашается, что ClearType может выглядеть размытым при разрешении 96 точек на дюйм , что было типичным ^[11] разрешением для ЖК-дисплеев в 2008 году, но добавляет, что дисплеи с более высоким разрешением улучшают этот аспект: « WPF [Windows Presentation Foundation] использует метод C [ClearType с дробным позиционированием пикселей ^[12] ], но лишь немногие устройства отображения имеют достаточно высокое разрешение, чтобы сделать потенциальное размытие спорным вопросом для всех. . . . Некоторых людей устраивает размытие в методе C, некоторых — нет. Отдельные данные свидетельствуют о том, что некоторых людей устраивает метод C при чтении непрерывного текста при разрешении 96 точек на дюйм (например, Times Reader и т. д.), но не в сценариях пользовательского интерфейса. Многих людей устраивают цвета ClearType даже при разрешении 96 точек на дюйм, но некоторых — нет… На мой взгляд, и при разрешении 96 точек на дюйм метод C читается не так хорошо, как метод A. Он читается «размыто» для меня. Наоборот, при 144 dpi я не вижу проблемы с методом C. Для меня он выглядит и читается просто отлично». ^[13] Одной из иллюстраций потенциальной проблемы является следующее изображение:

В приведенном выше текстовом блоке одна и та же часть текста показана в верхней половине без и в нижней половине с рендерингом ClearType (в отличие от Standard и ClearType на предыдущем изображении). Это демонстрирует введенное размытие.

Исследование 2001 года, проведенное исследователями из Университета Клемсона и Университета Пенсильвании на «18 пользователях, которые провели 60 минут за чтением художественной литературы с каждого из трех разных дисплеев», показало, что «при чтении с ЖК-дисплея пользователи предпочитали текст, отображенный с помощью ClearType. ClearType также давал более высокие оценки читаемости и более низкие оценки умственной усталости». ^[14] Исследование 2002 года на 24 пользователях, проведенное теми же исследователями из Университета Клемсона, также показало, что «участники были значительно точнее в определении слов с помощью ClearType, чем без ClearType».

Согласно исследованию 2006 года, проведенному в Техасском университете в Остине Диллоном и др., ClearType «может быть не универсально полезным». В исследовании отмечается, что максимальная польза может быть замечена, когда работник информационной сферы тратит большую часть своего времени на чтение текста (что не обязательно относится к большинству современных пользователей компьютеров). Кроме того, более трети участников исследования столкнулись с некоторыми недостатками при использовании ClearType. Следует ли использовать ClearType или другой рендеринг, является очень субъективным, и это должен быть выбор каждого, при этом в отчете рекомендуется «разрешить пользователям отключать [ClearType], если они считают, что он дает иные эффекты, чем улучшение производительности». ^[15]

Другое эмпирическое исследование 2007 года показало, что «хотя визуализация ClearType не улучшает разборчивость текста, скорость чтения или комфорт по сравнению с перцептивно настроенной визуализацией в оттенках серого, испытуемые предпочитают текст с умеренной визуализацией ClearType тексту с оттенками серого или более высоким уровнем контрастности ClearType». ^[16]

Обзор литературы, проведенный в 2007 году исследователем Microsoft Кевином Ларсоном, представил другую картину: «Рецензируемые исследования неизменно показывают, что использование ClearType повышает производительность чтения по сравнению с другими системами рендеринга текста. Например, в исследовании 2004 года Ли Гугерти, профессор психологии в Университете Клемсона в Южной Каролине, измерил 17-процентное улучшение точности распознавания слов с помощью ClearType. Группа Гугерти также показала в исследовании понимания предложений, что ClearType повысил скорость чтения на 5 процентов, а понимание — на 2 процента. Аналогичным образом, в исследовании, опубликованном в 2007 году, психолог Эндрю Диллон из Техасского университета в Остине обнаружил, что, когда испытуемых просили просмотреть электронную таблицу и выбрать определенную информацию, они выполняли эти задачи на 7 процентов быстрее с помощью ClearType». ^[17]

ClearType и родственные технологии требуют аппаратного обеспечения дисплея с фиксированными пикселями и субпикселями. Точнее, положения пикселей и субпикселей на экране должны быть точно известны компьютеру, к которому он подключен. Это касается плоских дисплеев, на которых положения пикселей постоянно зафиксированы конструкцией самого экрана. Почти все плоские панели имеют идеально прямоугольный массив квадратных пикселей, каждый из которых содержит три прямоугольных субпикселя трех основных цветов, с нормальным порядком красного, зеленого и синего, расположенных в вертикальных полосах. ClearType предполагает такое расположение пикселей при отображении текста.

ClearType не работает должным образом с плоскими дисплеями, которые работают с разрешениями, отличными от их «родного» разрешения, поскольку только родное разрешение точно соответствует фактическому положению пикселей на экране дисплея.

Если дисплей не имеет типа фиксированных пикселей, ожидаемых ClearType, текст, отображаемый с включенным ClearType, на самом деле выглядит хуже, чем текст, отображаемый без него. Некоторые плоские панели имеют необычное расположение пикселей, с цветами в другом порядке или с субпикселями, расположенными по-другому (в трех горизонтальных полосах или другими способами). ClearType необходимо вручную настроить для использования с такими дисплеями (см. ниже).

ClearType не будет работать должным образом на дисплеях, не имеющих фиксированных позиций пикселей, таких как ЭЛТ- дисплеи (которые все еще были распространены на момент выпуска Windows XP, поэтому ClearType отключен по умолчанию), однако он все равно будет иметь некоторый эффект сглаживания и может быть предпочтительнее для некоторых пользователей по сравнению с шрифтом без сглаживания. ^[18]

Поскольку ClearType использует физическое расположение красных, зеленых и синих пигментов ЖК-экрана, он чувствителен к ориентации дисплея.

ClearType в Windows XP поддерживает структуры субпикселей RGB и BGR ; повернутые дисплеи, в которых субпиксели располагаются вертикально, а не горизонтально, не поддерживаются. ^[19] Использование ClearType на таких конфигурациях дисплеев фактически снизит качество отображения. Лучшим вариантом для пользователей Windows XP, имеющих повернутые ЖК-дисплеи ( планшетные ПК или ЖК-дисплеи с поворотной подставкой), является использование обычного сглаживания или полное отключение сглаживания шрифтов.

В документации разработчика программного обеспечения для Windows CE указано, что на этой платформе поддерживается ClearType для повернутых экранов. ^[20]

• Windows XP (по умолчанию выключено)
• Windows Vista (включена по умолчанию)
• Windows 7 (включено по умолчанию)
• Windows 8 : используется только в Windows 8 Desktop и всех настольных приложениях ^[21]
• Windows 10 : используется только в приложениях Win32 и системных функциях Win32, а не в универсальной платформе Windows.
• Internet Explorer 7 и более поздние версии (включен по умолчанию)
• Microsoft Office 2007 и 2010 (включено по умолчанию)
• Windows Live Messenger (включен по умолчанию)
• Microsoft Reader

ClearType также является интегрированным компонентом механизма визуализации текста Windows Presentation Foundation .

В рамках выпуска Vista компания Microsoft выпустила набор шрифтов, известный как ClearType Font Collection , который, как считается, хорошо работает с системой ClearType: ^{[22] [23]}

• Калибри
• Камбрия
• Чандара
• Консолас
• Констанция
• Корбель
• Мейрё

Шрифты, включенные в некоторые, но не всегда являющиеся частью набора:

• Кариадинги ^[24]
• Мальгун Готика
• Microsoft JhengHei
• Microsoft ЯХэй
• Сегое

ClearType может быть глобально включен или выключен для приложений GDI . Доступен апплет панели управления, позволяющий пользователям настраивать параметры GDI ClearType. Реализация ClearType в GDI не поддерживает субпиксельное позиционирование. ^[25]

Windows XP , в том виде, в котором она поставляется, позволяет включать и выключать ClearType без каких-либо настроек; Windows 7 и более поздние версии позволяют настраивать параметры ClearType в Панели управления. Утилита настройки Microsoft ClearType доступна для бесплатной загрузки для версий Windows, в которых отсутствует эта возможность. ^[26] Если ClearType отключен в операционной системе, приложения с собственными элементами управления ClearType все равно могут его поддерживать. Microsoft Reader (для электронных книг ) имеет собственный тюнер ClearType.

Весь текст в Windows Presentation Foundation сглаживается и визуализируется с помощью ClearType. Существуют отдельные параметры реестра ClearType для приложений GDI и WPF, но по умолчанию записи WPF отсутствуют, а значения GDI используются при их отсутствии. Записи реестра WPF можно настроить с помощью инструкций ^[27] из MSDN WPF Text Blog.

ClearType в WPF поддерживает субпиксельное позиционирование, естественную ширину продвижения, сглаживание в направлении Y и аппаратное ускорение . WPF поддерживает агрессивное кэширование предварительно отрисованного текста ClearType в видеопамяти. ^[28] Степень, в которой это поддерживается, зависит от видеокарты . Карты DirectX 10 смогут кэшировать глифы шрифта в видеопамяти, затем выполнять композицию (сборку глифов символов в правильном порядке с правильным интервалом), альфа-смешивание (применение сглаживания ) и смешивание RGB (субпиксельные вычисления цвета ClearType) полностью на аппаратном уровне. Это означает, что только исходные глифы необходимо сохранять в видеопамяти один раз для каждого шрифта (Microsoft оценивает, что для этого потребуется 2 МБ видеопамяти на шрифт), а другие операции, такие как отображение сглаженного текста поверх другой графики, включая видео, также могут быть выполнены без вычислительных усилий со стороны ЦП. Карты DirectX 9 смогут кэшировать только альфа-смешанные глифы в памяти, поэтому ЦП потребуется обрабатывать композицию глифов и альфа-смешивание перед передачей их видеокарте. Кэширование этих частично отрисованных глифов требует значительно больше памяти (Microsoft оценивает 5 МБ на процесс). Карты, не поддерживающие DirectX 9, не имеют аппаратно-ускоренных возможностей рендеринга текста.

По словам Microsoft, по мере повышения плотности пикселей дисплеев и появления большего количества экранов с высоким разрешением цветная субпиксельная визуализация стала менее необходимой. Кроме того, пользовательские интерфейсы планшетов Windows эволюционировали для поддержки вертикальной ориентации экрана, где цветные полосы ЖК-дисплея будут располагаться горизонтально. Первоначальная цветная субпиксельная визуализация ClearType была настроена для оптимальной работы с горизонтальной ориентацией ЖК-дисплеев, где полосы RGB или BGR располагаются вертикально. По этим причинам DirectWrite, который является API рендеринга текста следующего поколения от Microsoft, отошел от ClearType с учетом цвета. Механизм рендеринга шрифтов в DirectWrite поддерживает другую версию ClearType только со сглаживанием оттенков серого , ^[29] а не цветной субпиксельной визуализацией, как было продемонстрировано на PDC 2008. ^[30] Эту версию иногда называют Natural ClearType , но часто называют просто визуализацией DirectWrite (термин «ClearType» обозначает только версию цветной субпиксельной визуализации RGB/BGR). ^[31] Улучшения были подтверждены независимыми источниками, такими как разработчики Firefox ; ^[32] они были особенно заметны для шрифтов OpenType в формате Compact Font Format (CFF). ^{[33] [34]}

Многие приложения Office 2013, включая Word 2013 , Excel 2013 и части Outlook 2013, перестали использовать ClearType и перешли на сглаживание оттенков серого DirectWrite. По словам Мюррея Сарджента, в качестве причин приводятся следующие: «С ClearType есть проблема: он критически зависит от цвета пикселей фона. Это не проблема, если вы априори знаете, что эти пиксели белые, что обычно и происходит с текстом. Но общий случай подразумевает вычисление того, какими должны быть цвета для произвольного фона, а это занимает время. Между тем, Word 2013 наслаждается крутой анимацией и плавным масштабированием. Больше ничего не прыгает. Даже курсор (мигающая вертикальная линия в точке вставки текста) скользит из одной позиции в другую по мере ввода текста. Рывки больше не считаются крутыми. Ну, анимация и масштабирование должны быть быстрее времени реакции человека, чтобы выглядеть плавно. И это исключает ClearType в анимированных сценариях, по крайней мере, с оборудованием нынешнего поколения. А в будущих сценариях экраны будут иметь достаточно высокое разрешение, чтобы сглаживание в оттенках серого должно быть достаточным». ^[35]

По тем же причинам, связанным с производительностью анимации и вертикальной ориентацией экрана, где цветное сглаживание RGB/BGR ClearType было бы проблемой, версия ClearType с поддержкой цвета была отменена в платформе приложений в стиле Metro Windows 8 (и универсальной платформе Windows Windows 10) ^{[36] [21]} , включая меню «Пуск» и все, что не использует классические API Win32 (GDI/GDI+).

ClearType является зарегистрированной торговой маркой , и Microsoft заявляет о своей защите в соответствии со следующими патентами США , все из которых истекли: ^{[37] [38]}

• Субпиксельная визуализация:
  • Патент США 6,188,385 – Метод и устройство для отображения изображений, таких как текст
  • Патент США 6,219,025 – Отображение выборок данных изображения на пиксельные подкомпоненты на полосатом устройстве отображения
  • Патент США 6,239,783 – Взвешенное отображение выборок данных изображения в пиксельные подкомпоненты на устройстве отображения
  • Патент США 6,307,566 – Методы и устройства для выполнения операций рендеринга и растеризации изображений
• Сложная цветовая фильтрация:
  • Патент США 6,225,973 – Отображение образцов данных цветного изображения переднего плана/фона в пиксельные подкомпоненты
  • Патент США 6,243,070 – Метод и устройство для обнаружения и уменьшения цветовых артефактов на изображениях
  • Патент США 6,393,145 – Методы, устройства и структуры данных для повышения разрешения изображений, отображаемых на структурированных устройствах отображения
  • Патент США 6,973,210 – Фильтрация данных изображения для получения образцов, сопоставленных с пиксельными подкомпонентами устройства отображения
  • Патент США 7,085,412 – Фильтрация данных изображения для получения образцов, сопоставленных с пиксельными подкомпонентами устройства отображения
• Подсказка и макет субпиксельного шрифта:
  • Патент США 6,421,054 – Методы и устройства для выполнения операций по подгонке и хинтованию сетки
  • Патент США 6,282,327 – Сохранение ширины существующих символов, разрешение которых было улучшено
• Настройка ClearType:
  • Патент США 6,624,828 – Метод и устройство для улучшения качества отображаемых изображений посредством использования справочной информации пользователя.

Название ClearType также использовалось для обозначения экранов планшетов Microsoft Surface . ClearType HD Display обозначает экран 1366×768, а ClearType Full HD Display обозначает экран 1920×1080. ^{[39] [40]}

• Растеризация шрифта
• FreeType
• CoolType – аналогичная технология от Adobe
• Кварц (графический слой)
• Дисплей Retina

На Викискладе есть медиафайлы по теме ClearType .

• Microsoft ClearType — Типографика | Microsoft Learn
• Объяснение ClearType в Microsoft Typography
• Технический обзор фильтрации ClearType от Microsoft Research
• Возвращаясь к трагедии растра при низком разрешении – онлайн-книга Бита Штамма о растеризации с акцентом на ClearType
• Замечания Рона Фейгенблатта о Microsoft ClearType
• Джон Маркофф, «Cleartype от Microsoft вызывает споры об оригинальности», New York Times , 7 декабря 1998 г.
• Бетриси, К., Блинн, Дж. Ф., Дресевич, Б., Хилл, Б., Хичкок, Г., Кили, Б., Митчелл, Д. П., Платт, Дж. К., Уиттед, Т., «Смещенная фильтрация для узорчатых дисплеев», Труды симпозиума Общества по отображению информации, стр. 296–299, (2000). doi :10.1889/1.1832941
• Фаррелл, Джойс (2009). «47.2: Визуальные предпочтения для технологии ClearType». Сборник технических документов симпозиума SID . 40 (1): 702– 705. doi :10.1889/1.3256881. S2CID  62714087.http://scien.stanford.edu/jfsite/Papers/ImageRendering/Displays/Farrell_et_al_SID2009.pdf
• Сюй, Дж., Фаррелл, Дж., Мацкевич, Т. и Ванделл, Б. «Прогнозирование предпочтительных фильтров Cleartype с использованием метрики S-CIELAB», Международная конференция IEEE по обработке изображений, октябрь 2008 г. ClearType doi : 10.1109/ICIP.2008.4711766
• Стивен Синофски (23 июня 2009 г.) Технические изменения в ClearType в Windows 7