freetype简介与测试

article/2025/8/30 14:15:00

目录

一、简要

二、文字显示过程

三、freetype中的step1

四、在PC上测试freetype

4.1 分析main函数

4.2 修改main函数

4.3 在PC上测试

4.4 得到CBox

一、简要

从点阵文件中把字母或者汉字的字模取出来在LCD上显示这个方式有个缺点，这个文字的大小就固定了不能够缩放，我们浏览器就可以放大缩小字体，这些字体就成为矢量字体，比如字母A，在矢量字体文件中存放的是若干条闭合曲线的关键点，显示的时候使用数学曲线描绘并连接关键点，然后填充曲线内部空间，这样来实现缩放字体，关键点之间的相互位置是知晓的，而这种数学曲线就称为贝塞尔曲线，贝塞尔曲线在高等数学中有讲到，但不代表我们需要复习贝塞尔曲线，我们可以通过freetype库来处理这些矢量字体，在网上可以搜索到freetype的官网：https://www.freetype.org/，在里面可以下载到源码以及相当文档

在docs/reference目录有解释说明，不过都是英文的，但是有中国牛人的翻译：https://wenku.baidu.com/view/2d24be10cc7931b765ce155b.html

字体文件怎么构造的，构造字体前，需要先描绘出来，例如在1000*1000的细格子以点阵的方式描绘，由做美工的描绘，然后具备数字功底的程序员将关键点取出来及相对位置，例如我们PC上C:\Windows\Fonts存放这各种字库文件，例如文件simsun.ttc字体，存放着很多中文还兼容ASCII，存放着每个字符的关键点和关键点之间的相对位置，这些数据在术语上称为glyph(字形)

二、文字显示过程

字符编码参考：字符编码方式

  • 给定一个文字'A'：0x41，"中"：可能有GBK、unicode 等编码，可以确定它的编码值
  • 根据编码值从字体文件中找到"glyph" ，（由于字体文件可以是GBK、unicode等，在字库文件前还存有字符映射表charmaps，支持多种编码）
  • 设置字体大小
  • 用某些函数把glyph里的点缩放设置的大小
  • 转换为位图点阵
  • 在LCD等显示器中显示出来

三、freetype中的step1

在docs\tutorial\step1.html介绍了怎么使用相关函数，这里只截图小部分

  • 首先包含头文件里面定义了一些宏例如FT_FREETYPE_H这个宏就在ft2build.h这个头文件中定义了

 

  • 1、初始化：FT_Init_FreeType函数

 

  • 2、初始化库：FT_Init_FreeType函数，加载字体Face，可以认为是一种平面，只可意会，a.可以从文件中加载，b也可以读到内存再从内存中加载，c其他方式加载,我们主要想从文件里面做，FT_New_Face(可以认为打开字体文件)，术语上是构造了一个face，face是一个结构体

 

  • 加载face之后会得到所谓的face结构体，从结构体可以确定字体文件的信息，比如num_glyphs(字形数)、units_per_EM(比如1000*1000的方框，这个框就是EM)

  • 3、设置字体大小：有FT_Set_Char_Size和FT_Set_Pixel_Sizes两个函数

  • 4、根据字母或者汉字的ASCLL或者其他编码，去文件中找到glyph，根据编码值加载glyph，在loading之前可以选择charmap，比如给定一个中字可能有 GBK、unicode、BIG5码，charmaps支持多种编码方式，可以根据FT_Select_CharMap选择字符编码方式，如果不选择的话默认是unicode码
  • glyph_index = FT_Get_Char_Index( face, charcode ); 参数是face和字符编码，得到glyph的索引

  • 根据索引取出glyph：FT_Load_Glyph(face, glyph_index, load_flags );  转为位图：FT_Render_Glyph函数

  • 5、变换：移动、旋转，FT_Set_Transform：matrix旋转的角度，delta 偏移位置

四、在PC上测试freetype

看再多的文档也比不上写代码或者看代码来得快，写代码的过程理解会更加深刻，在docs\tutorial里面有3个例子是C++，还有C语言的例子example1.c，各个函数可以参考文档中docs\reference\ft2-base_interface.html

 

4.1 分析main函数

main函数如下

int
main( int     argc,char**  argv )
{FT_Library    library;FT_Face       face;FT_GlyphSlot  slot;FT_Matrix     matrix;                 /* transformation matrix */FT_Vector     pen;                    /* untransformed origin  */FT_Error      error;char*         filename;char*         text;double        angle;int           target_height;int           n, num_chars;if ( argc != 3 ){fprintf ( stderr, "usage: %s font sample-text\n", argv[0] );exit( 1 );}filename      = argv[1];                           /* first argument     */text          = argv[2];                           /* second argument    */num_chars     = strlen( text );angle         = ( 25.0 / 360 ) * 3.14159 * 2;      /* use 25 degrees     */target_height = HEIGHT;error = FT_Init_FreeType( &library );              /* initialize library *//* error handling omitted */error = FT_New_Face( library, filename, 0, &face );/* create face object *//* error handling omitted *//* use 50pt at 100dpi */error = FT_Set_Char_Size( face, 50 * 64, 0,100, 0 );                /* set character size *//* error handling omitted *//* cmap selection omitted;                                        *//* for simplicity we assume that the font contains a Unicode cmap */slot = face->glyph;/* set up matrix */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 );/* the pen position in 26.6 cartesian space coordinates; *//* start at (300,200) relative to the upper left corner  */pen.x = 300 * 64;pen.y = ( target_height - 200 ) * 64;for ( n = 0; n < num_chars; n++ ){/* set transformation */FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );/* load glyph image into the slot (erase previous one) */error = FT_Load_Char( face, text[n], FT_LOAD_RENDER );if ( error )continue;                 /* ignore errors *//* now, draw to our target surface (convert position) */draw_bitmap( &slot->bitmap,slot->bitmap_left,target_height - slot->bitmap_top );/* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;}show_image();FT_Done_Face    ( face );FT_Done_FreeType( library );return 0;
}
  • 一开始FT_Init_FreeType、FT_New_Face、FT_Set_Char_Size，后面出现以下语句，FT_Load_Glyph函数会把图像存在face->glyph中，而slot称为插槽
slot = face->glyph;
  •  对于FT_Set_Char_Size函数其中char_width、char_height：单位是1/64point，point相等于物理上的尺寸，等于1/72inch(英寸)，如果char_width是100的话就是100 * 1/64 * 1/72 ，horz_resolution：单位是dpi，(dpi：dots像素，per每一个，inch英寸)即每英寸里面有多少个像素，因此字符像素为 100 * 1/64 * 1/72，假设horz_resolution为200，就是100 * 1/64 * 1/72 * 200，即每个字符的像素
  • 对于lcd来说只需要关注像素的大小，因此我们用FT_Set_Pixel_Sizes

  •  旋转角度方面的计算
  /* set up matrix */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 );
  • pen指示的是笛卡尔坐标，原点是在左下角，在lcd原点一般在左上角，在字体文件或者字体函数中用的都是笛卡尔坐标，这里需要进行转换为lcd的坐标，笛卡尔与lcd的x同向，因此x' = x（lcd），y坐标下，笛卡尔与lcd的y坐标相加等于lcd宽度，其中target_height相当于宽度，单位是1/64point，因此乘上64
  /* the pen position in 26.6 cartesian space coordinates; *//* start at (300,200) relative to the upper left corner  */pen.x = 300 * 64;pen.y = ( target_height - 200 ) * 64;
  •  这个函数旋转角度的时候用
FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );
  •  这里只用了FT_Load_Char，在文档step1有解释，这个函数在这里替代了FT_Get_Char_Index、FT_Load_Glyph、FT_Render_Glyph三个函数，FT_LOAD_RENDER标志位可以立刻得到点阵，就不用FT_Render_Glyph函数来转换为点阵
error = FT_Load_Char( face, text[n], FT_LOAD_RENDER );
  •  最后把点阵由buffer存在了image中，并打印出出来
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 >= WIDTH || j >= HEIGHT )continue;image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];}}
}void
show_image( void )
{int  i, j;for ( i = 0; i < HEIGHT; i++ ){for ( j = 0; j < WIDTH; j++ )putchar( image[i][j] == 0 ? ' ': image[i][j] < 128 ? '+': '*' );putchar( '\n' );}
}

 

4.2 修改main函数

包含相关注释

...
#define WIDTH   80 //分辨率，在打印的时候体现
#define HEIGHT  80...
int
main( int     argc,char**  argv )
{FT_Library    library;FT_Face       face;FT_GlyphSlot  slot;FT_Matrix     matrix;                 /* transformation matrix */FT_Vector     pen;                    /* untransformed origin  */FT_Error      error;char*         filename;char*         text;double        angle;int           target_height;int           n, num_chars;if ( argc != 3 ){fprintf ( stderr, "usage: %s font sample-text\n", argv[0] );exit( 1 );}filename      = argv[1];                           /* first argument     */text          = argv[2];                           /* second argument    */num_chars     = strlen( text );angle         = ( 0.0 / 360 ) * 3.14159 * 2;      /* use 25 degrees     */  //角度设置为0不旋转target_height = HEIGHT;error = FT_Init_FreeType( &library );              /* initialize library *//* error handling omitted */error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* create face object *//* error handling omitted */#if 0/* use 50pt at 100dpi */error = FT_Set_Char_Size( face, 50 * 64, 0,100, 0 );                /* set character size *//* pixels = 50 /72 * 100 = 69  */
#elseFT_Set_Pixel_Sizes(face, 24, 0); //设置为24*24的点阵大小
#endif/* error handling omitted */slot = face->glyph;/* set up matrix */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 );/* the pen position in 26.6 cartesian space coordinates; *//* start at (0,40) relative to the upper left corner  */ // 这里表示在0,40的地方显示pen.x = 0 * 64;//单位是1/64像素 所以乘上64pen.y = ( target_height - 40 ) * 64;for ( n = 0; n < num_chars; n++ ){/* set transformation */FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );/* load glyph image into the slot (erase previous one) */error = FT_Load_Char( face, text[n], FT_LOAD_RENDER ); //load_char之后就可以得到字符的点阵if ( error )continue;                 /* ignore errors *//* now, draw to our target surface (convert position) */draw_bitmap( &slot->bitmap,    slot->bitmap_left, target_height - slot->bitmap_top );/* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;}show_image();FT_Done_Face    ( face );FT_Done_FreeType( library );return 0;
}

draw_bitmap中参数的相关解释：

    draw_bitmap( &slot->bitmap,     //得到点阵，笛卡尔左上角的坐标slot->bitmap_left, //转换为点阵lcd的x坐标，两者坐标相等target_height - slot->bitmap_top );//lcd的高度减去笛卡尔高度就是点阵的y坐标

 

4.3 在PC上测试

  • 先安装freetype环境
tar xjf freetype-2.4.10.tar.bz2 
./configure
make
sudo make install
gcc -o example1 example1.c  -I /usr/local/include/freetype2 -lfreetype -lm
  • 显示字母的效果，参数二为字库，参数三只能输入字符，不能是中文，因为FT_Load_Char函数会把中文当成一个字节，需要后面引入宽字符

  • 想显示中文怎么做，继续修改main函数，可以直接指定unicode码，然后FT_Load_Char得到位图，如果是这种写法：char *str = "小马";这样写需要分辨中文两个字节，字母一个字节，因此我们引入宽字符，每一个字/字母都用四个字节来表示，需要包含wchar.h头文件
#include <wchar.h>...double        angle;int           target_height;int           n, num_chars;//int chinese_str[] = {0x97e6, 0x4e1c, 0x5c71, 0x0067}; //这样写表示一个字/字母，需要我们手动去查找unicode码//char *str = "小马"; 这样写需要分辨中文两个字节，字母一个字节wchar_t *chinese_str = L"韦gif";  //每一个字/字母都用四个字节来表示unsigned int *p = (wchar_t *)chinese_str; int i;printf("Uniocde: \n");for (i = 0; i < wcslen(chinese_str); i++){printf("0x%x ", p[i]);}printf("\n");//return 0;if ( argc != 2 ){fprintf ( stderr, "usage: %s font\n", argv[0] );exit( 1 );}
...for ( n = 0; n < wcslen(chinese_str); n++ ) //宽字符长度{/* set transformation */FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );/* load glyph image into the slot (erase previous one) */error = FT_Load_Char( face, chinese_str[n], FT_LOAD_RENDER ); //每个编码if ( error )continue;                 /* ignore errors *//* now, draw to our target surface (convert position) */draw_bitmap( &slot->bitmap,slot->bitmap_left,target_height - slot->bitmap_top );/* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;}
  • 测试如下，指定输入字符集DBK，输出字符集为unicode，因此打印出来的为unicode码，FT_Load_Char根据unicode码就可以得到位图，然后打印显示

  • 在打印函数中修改代码打印一下行数
void
show_image( void )
{int  i, j;for ( i = 0; i < HEIGHT; i++ ){printf("%02d", i);for ( j = 0; j < WIDTH; j++ )putchar( image[i][j] == 0 ? ' ': image[i][j] < 128 ? '+': '*' );putchar( '\n' );}
}
...  
/* the pen position in 26.6 cartesian space coordinates; *//* start at (0,40) relative to the upper left corner  */pen.x = 0 * 64;pen.y = ( target_height - 40 ) * 64;
  •  执行之后，发现"韦"字不在(0，40)的位置，反而超过了

 

4.4 得到CBox

  • 去描绘一个字符的时候，有可能超过基线，参考文档中step2

  • 因此在main函数最后，每次循环会重新指定pen的位置
    /* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;
  • 在文档中介绍了通过FT_Glyph_Get_CBox函数，可以得到xMax,xMin,yMax,yMin

  • 修改代码，FT_Get_Glyph把插槽slot提取出来，因为每一次循环solt都不一样，FT_Glyph_Get_CBox根据glyph找到bbox，bbox就含有相关的参数
#include FT_GLYPH_H
....
int
main( int     argc,char**  argv )
{
...FT_BBox bbox;FT_Glyph  glyph;
...for ( n = 0; n < wcslen(chinese_str); n++ ){/* set transformation */FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );/* load glyph image into the slot (erase previous one) */error = FT_Load_Char( face, chinese_str[n], FT_LOAD_RENDER );if ( error )continue;                 /* ignore errors */error = FT_Get_Glyph( face->glyph, &glyph ); //把插槽放在glyph中if (error){printf("FT_Get_Glyph error!\n");return -1;}FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );//根据glyph找到bbox/* now, draw to our target surface (convert position) */draw_bitmap( &slot->bitmap,slot->bitmap_left,target_height - slot->bitmap_top );printf("Unicode: 0x%x\n", chinese_str[n]);printf("origin.x/64 = %d, origin.y/64 = %d\n", pen.x/64, pen.y/64); //原点的位置，单位为1/64printf("xMin = %d, xMax = %d, yMin = %d, yMax = %d\n", bbox.xMin, bbox.xMax, bbox.yMin, bbox.yMax);//可以描述方框printf("slot->advance.x/64 = %d, slot->advance.y/64 = %d\n", slot->advance.x/64, slot->advance.y/64);/* increment pen position */pen.x += slot->advance.x;pen.y += slot->advance.y;}

编译之后得到相关的参数 

  • 根据打印把字符描绘出来，字/字母可能越过基线，根据CBox可以算出整个文本中的宽度和长度，如下图绿色的方框

 


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