freetype 使用解析---矢量字体

屏幕显示字体(字体点阵)：

在内核中有对应的文件fontdata_8x16.c，将字体通过数组8*16来描述，0表示为空，1表示描点，通过通过各个点形成一个字体点阵显示在屏幕上，而在我们所有终端中显示的字体也可以是通过点阵进行显示的，对应的字体点阵数据在字体文件中，各字体文件均含有编码表、字体数据（不同字体对应不同的点阵）。其中编码表用于对应字符码值找到字体数据的索引，其支持编码方式不同字体文件支持的不同，一般在选择字体文件时会相应的提示支持的编码方式。

PC中字体文件：c:/window/fonts目录下。

问题：他们怎么进行索引的？
这里举例讲解一下，HZK16,即16x16的字体点阵，通过GB2312编码进行索引中，而GB2312中用2字节表示一个汉字，其中第一个字节表示区码，第二个字节表示位码，一般区的大小为94，含94个文字，位码为16*16大小及2 * 8 * 16=32字节，每一位占32字节，一个区占 94 * 32字节，并且区号和位号都是从0xA1开始编号，所以可以通过公式获得坐标：

unsigned char str[] = "中";
unsigned int area = str[0] - 0xA1;
unsigned int where = str[1] - 0xA1;
pos = 字体文件base_addr + (area * 94 + where) * 32；
注意：(area * 94 + where) * 32，可以拆分为 area * 94 * 32表示当前位于哪个区，where * 32表示在哪个位

字体点阵的使用与分析：

使用：字体点阵的使用需要通过对应的字体文件，根据字体文件的编码表所支持的编码方法，传入对应编码格式的数据，通过编码表获取到对应的字体点阵数据，在根据点阵进行描点，0位空，1描点。

注意：每个字体文件前包含多个charmaps，即支持多种编码值索引，一般均支持unicode码。

分析：他只能以固定大小进行显示，即只能在该屏幕的固定空间上进行显示，不能再屏幕上进行缩放，有一点局限性，因此引入了矢量字体。

矢量字体

在矢量字体中，坐标使用的是笛卡尔坐标，原点位于左下方，而LCD屏幕不是，原点位于左上方，
如下图：
在这里插入图片描述
那么我们可以发现，如果我们要讲矢量字体运用在LCD屏幕上，首先需要对坐标进行转换，即笛卡尔->LCD坐标轴：

LCD_y = LCD垂直高 - 笛卡尔_y;
LCD_x = LCDx;

在矢量字体中，glyph为每个字体的关键点描述信息，某一条曲线由这些关键点确定，关键点由贝塞尔曲线连接，并在贝塞尔曲线内进行填充，构成一个矢量字体，像我们使用艺术字那种填充字体。
那么我们可以大胆猜想要得到一个矢量字体，需要通过码值索引获得该字体的glyph，并将该glyph转换为位图，通过位图我们便可以知道该关键点的点阵，并在LCD进行显示。

freetype库

freetype是矢量字体的一个库
头文件包含以对应变量声明：

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_HFT_Library    library; /* 库 */
FT_Face       face; /* 字体文件对象 */
FT_Vector     pen;  /* 矢量字体的原点  */
FT_Error      error; /* 错误码 */
FT_GlyphSlot  slot; /* glyph插槽 */
FT_Matrix     matrix;  /* 矩阵，通过矩阵转置实现字体旋转 */
double        angle; /* 旋转的角度 */

首先先对freetype使用步骤进行讲解：

初始化库 — FT_Init_FreeType( &library );
创建字体文件对象 — FT_New_Face( library, “字体文件”, 0, &face );
设置矢量字体的字符大小 — FT_Set_Pixel_Sizes( face, 24, 0);
将glyph存入插槽 — slot = face->glyph;
确定坐标 — pen.x = var.xres/2 * 64; pen.y = (var.yres/2 + 16) * 64;
字符宽度和高度以点的 1/64 指定。点是物理距离，等于 1/72 英寸。
设置角度 — angle = ( (1.0)strtoul(argv[2], NULL, 0) / 360 ) * 3.14159 * 2; / use 25 degrees */
初始化矩阵 —
matrix.xx = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
matrix.xy = (FT_Fixed)(-sin( angle ) * 0x10000L );
matrix.yx = (FT_Fixed)( sin( angle ) * 0x10000L );
matrix.yy = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
旋转字符设置 — FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );
将插槽中的glyph转换为位图 — FT_Load_Char( face, chinese_str[0], FT_LOAD_RENDER );
位图存放在插槽slot->bitmap下,点阵存放于bitmap->buffer下
将笛卡尔坐标转换为LCD坐标，根据点阵打印，该函数需自行实现

注意：若无需旋转功能，可忽略 6-8步骤。

打印位图的函数

draw_bitmap( &slot->bitmap, slot->bitmap_left, var.yres - slot->bitmap_top );
其中：
slot->bitmap：位图
slot->bitmap_left：笛卡尔_x坐标
var.yres：LCD的屏幕高度
slot->bitmap_top：笛卡尔_y坐标。

void lcd_put_pixel(int x,int y, unsigned int color)
{unsigned char *pen_8 = fbmem + y*line_width + x*pixel_width;unsigned short *pen_16;unsigned int *pen_32;unsigned int red,green,blue;pen_16 = (unsigned short *)pen_8;pen_32 = (unsigned int *)pen_8;switch(var.bits_per_pixel){case 8:{*pen_8 = color;break;}case 16:{/* 565 */red = (color >> 16) & 0xff;green = (color >> 8) & 0xff;blue = (color >> 0) & 0xff;color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);				*pen_16 = color;break;}case 32:{*pen_32 = color;break;}default:{printf("can't support %dbpp\n",var.bits_per_pixel);break;}}
}void draw_bitmap( FT_Bitmap* bitmap, FT_Int x, FT_Int y)
{FT_Int  i, j, p, q;FT_Int  x_max = x + bitmap->width;FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ ){for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ ){if ( i < 0      || j < 0       ||i >= var.xres || j >= var.yres )continue;lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);}}
}

矢量字体显示

为了使字体美观

例如字母g的下界一般比a要低，为实现这种情况，原点坐标不在整个字体框图的最左下方，如下图所示：
字符的长宽也不相等，例如汉字与字母。

下一个原点坐标计算：
pen.x += slot->advance.x;
pen.y += slot->advance.y;

各个字体的原点，框图信息等均保存在FT_BBox成员中，但是信息在FT_Load_Char步骤后获取。
使用：

FT_BBox bbox;
FT_Glyph  glyph;
...
FT_Load_Char
...
error = FT_Get_Glyph( face->glyph,&glyph );if(error){ printf("FT_Get_Glyph error!\n");return -1;}
FT_Glyph_Get_CBox( glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );

详细可看FreeType 2 Tutorial Step 2 — managing glyphs
在这里插入图片描述

居中多行显示

如何居中多行显示？

支持一次性字符串输出显示，将宽字符字符串的各个字符对应的glyph保存在一个数组中
居中显示，因为各个字符的显示框图大小不同，需要找出该行中最左和最右的坐标即最上和最低的坐标，从而得知该行的横向纵向长度，然后根据公式得到居中位置：
mid_x = (LCD_x分辨率 - 行_x) / 2、mid_y = (LCD_y分辨率 - 行_y) / 2
多行打印时，因为各个字符并不是按照统一原点来描绘的，同一大小的框图大小可能不一样，需要找出上一行中字符串中最大的框长度。避免下一行覆盖，不过这里并未作讲解，读者可以自行添加。
将各存储的关键字描述glyph转换为位图，打印显示到LCD。

一、将矢量字体字符串中各字符的glyph存储在glyphs数组中。
思想：
指定一个指针指向该glyphs数组，在用for循环遍历宽字符数组中的每一个宽字符，将glyphs数组中各元素进行初始化，首先根据宽字符的Unicode编码值调用FT_Get_Char_Index获取对应的glyph对应序号，在通过调用FT_Load_Glyph将slot中的数据拷贝到glyph->image中存储，设置对应pen坐标值，在调用FT_Glyph_Transform使glyph->image含位置信息，x轴位置右移advance.x，指针指向下一个元素进行初始化，直到宽字符遍历结束。

Get_Glyph_Frm_Wstr(FT_Face face, wchar_t *wstl, TGlyph glyphs[])
{int n;PGlyph glyph = glyphs;int pen_x=0, pen_y=0;FT_Error error;FT_GlyphSlot slot = face->glyph;for(n=0; n<wcslen(wstl); n++){glyph->index = FT_Get_Char_Index( face, wstl[n] );//每次都把glyph覆盖face的sloterror = FT_Load_Glyph( face, glyph->index, FT_LOAD_DEFAULT );if ( error ) continue;//将slot中的数据拷贝到glyph->image存储error = FT_Get_Glyph( face->glyph, &glyph->image );if ( error ) continue;/* 使glyph->image含位置信息 */glyph->pos.x = pen_x;glyph->pos.y = pen_y;FT_Glyph_Transform( glyph->image, 0, &glyph->pos );pen_x   += slot->advance.x; // 1/64point/* increment number of glyphs */glyph++;}return (glyph - glyphs);
}

二、居中坐标获取

void  compute_string_bbox( TGlyph glyphs[], FT_UInt num_glyphs, FT_BBox  *abbox )
{FT_BBox  bbox;int n;bbox.xMin = bbox.yMin =  32000;bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;for ( n = 0; n < num_glyphs; n++ ){FT_BBox  glyph_bbox;FT_Glyph_Get_CBox( glyphs[n].image, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox );if (glyph_bbox.xMin < bbox.xMin)bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;if (glyph_bbox.yMin < bbox.yMin)bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;if (glyph_bbox.xMax > bbox.xMax)bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;if (glyph_bbox.yMax > bbox.yMax)bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;}*abbox = bbox;
}line_box_width = bbox.xMax - bbox.xMin;
line_box_height = bbox.yMax - bbox.yMin;

三、多行打印
注：这里只是简单的将y坐标向下平移了指定框大小的长度，实际上会有偏差，例如g之类的字体。
pen.y -= 24 * 64;

四、转换为位图，打印显示到LCD
注：打印函数draw_bitmap，上面有提到。

void Draw_Glyphs(TGlyph glyphs[], FT_UInt num_glyphs, FT_Vector pen)
{int n;FT_Error error;for(n=0;n<num_glyphs;n++){/* transform copy (this will also translate it to the *//* correct position                                   */FT_Glyph_Transform( glyphs[n].image, NULL, &pen );/* convert glyph image to bitmap (destroy the glyph copy!) */error = FT_Glyph_To_Bitmap(&glyphs[n].image,FT_RENDER_MODE_NORMAL,0,/* no additional translation */1 );        /* destroy copy in "image"   */if ( !error ){FT_BitmapGlyph  bit = (FT_BitmapGlyph)glyphs[n].image;draw_bitmap( &bit->bitmap,bit->left, var.yres - bit->top );FT_Done_Glyph( glyphs[n].image );}}
}

编译运行：

配置交叉编译环境：./configure --host=arm-linux
注意：头文件库文件的路径相同时可指定 --prefix=xxx，即可将生成后的文件存放在该路径下，若不一样需手工将对应文件拷贝过去。prefix为前缀的意思。
编译生成交叉编译下的头文件、库文件：make、make DESTDIR=$PWD/tmp install
头文件存放路径：
cp usr/local/lib/include/ /usr/local/arm/gcc-4.6.2-glibc-2.13-linaro-multilib-2011.12/fsl-linaro-toolchain/arm-fsl-linux-gnueabi/multi-libs/usr/include
库文件存放路径：
cp usr/local/lib/ /usr/local/arm/gcc-4.6.2-glibc-2.13-linaro-multilib-2011.12/fsl-linaro-toolchain/arm-fsl-linux-gnueabi/multi-libs/usr/lib/ -d
编译命令：
arm-none-linux-gnueabi-gcc -finput-charset=GBK -fexec-charset=UTF-8 xxx.c -I /usr/local/include/freetype2/ -lfreetype -lm
移植到开发板，将生成动态库拷贝到开发板的根文件目录lib下，执行。

如何知道自己编译器所使用的头文件和库文件目录：
使用命令：平台-gcc -v
–prefix = xxx；//为指定前缀，所以文件都将位于此
–with-sysroot=xxx; //为指定当前使用的路径，头文件等位于该路径下的usr/include,库文件为该路径下的usr/lib/