ClearType - ClearType

ClearType este implementarea de către Microsoft a tehnologiei de redare subpixeli în redarea textului într-un sistem de fonturi . ClearType încearcă să îmbunătățească aspectul textului pe anumite tipuri de ecrane de computer , sacrificând fidelitatea culorii pentru variații suplimentare de intensitate. Se afirmă că acest compromis funcționează bine pe monitoarele LCD cu ecran plat .

ClearType a fost anunțat pentru prima dată la expoziția COMDEX din noiembrie 1998 . Tehnologia a fost introdusă pentru prima dată în software în ianuarie 2000 ca o caracteristică permanentă a Microsoft Reader , care a fost lansată publicului în august 2000.

ClearType a fost modificat semnificativ odată cu introducerea DirectWrite în Windows 7 .

fundal

Afișajele computerului în care pozițiile pixelilor individuali sunt fixate permanent - cum ar fi cele mai moderne afișaje cu ecran plat - pot afișa marginile dinților de ferăstrău atunci când afișează elemente grafice mici, cu contrast ridicat, cum ar fi textul. ClearType folosește anti-aliasing spațial la nivel de subpixel pentru a reduce artefactele vizibile pe astfel de afișaje atunci când textul este redat, făcând textul să pară „mai fin” și mai puțin zimțat. ClearType folosește, de asemenea, fonturi foarte grele pentru a forța fontul să se încadreze în grila de pixeli. Acest lucru mărește contrastul marginii și lizibilitatea fonturilor mici în detrimentul fidelizării redării fontului și a fost criticat de designerii grafici pentru faptul că diferitele fonturi arată similar.

La fel ca majoritatea celorlalte tipuri de redare subpixel, ClearType implică un compromis, sacrificând un aspect al calității imaginii ( detaliile culorilor sau cromantei ) pentru altul (detalii luminoase și întunecate sau luminante ). Compromisul poate îmbunătăți aspectul textului atunci când detaliile luminozității sunt mai importante decât crominanța.

Doar aplicațiile de utilizator și de sistem redau aplicația ClearType. ClearType nu modifică alte elemente grafice de afișare (inclusiv textul deja în bitmap-uri ). De exemplu, îmbunătățirea ClearType redă text pe ecran în Microsoft Word , dar textul plasat într-o imagine bitmap într-un program precum Adobe Photoshop nu este. În teorie, metoda (numită "Decimare RGB" intern) poate îmbunătăți anti-aliasing-ul oricărei imagini digitale.

ClearType a fost inventat în echipa Microsoft e-Books de Bert Keely și Greg Hitchcock. A fost apoi analizat de cercetătorii companiei, iar expertul în procesarea semnalului, John Platt, a proiectat o versiune îmbunătățită a algoritmului. Dick Brass , vicepreședinte la Microsoft în perioada 1997-2004, s-a plâns că compania a încetinit mutarea ClearType pe piață în domeniul calculatoarelor portabile.

Cum funcționează ClearType

În mod normal, software-ul dintr-un computer tratează ecranul de afișare al computerului ca o matrice dreptunghiulară de pixeli pătrați, indivizibili , fiecare dintre aceștia având o intensitate și o culoare care sunt determinate de amestecul a trei culori primare : roșu, verde și albastru. Cu toate acestea, hardware-ul de afișare real implementează de obicei fiecare pixel ca un grup de trei subpixeli adiacenți, independenți , fiecare dintre aceștia afișând o culoare primară diferită. Astfel, pe un afișaj real al computerului, fiecare pixel este de fapt compus din subpixeli separați roșu, verde și albastru. De exemplu, dacă un ecran plat este examinat sub lupă, pixelii pot apărea după cum urmează:

Subpixeli

În ilustrația de mai sus, există nouă pixeli, dar 27 de subpixeli.

Dacă computerul care controlează afișajul cunoaște poziția exactă și culoarea tuturor subpixelilor de pe ecran, poate profita de acest lucru pentru a îmbunătăți rezoluția aparentă în anumite situații. Dacă fiecare pixel de pe afișaj conține de fapt trei subpixeli dreptunghiulari de roșu, verde și albastru, în acea ordine fixă, atunci lucrurile de pe ecran care au o dimensiune mai mică de un pixel întreg pot fi redate iluminând doar unul sau doi dintre subpixeli . De exemplu, dacă trebuie redată o linie diagonală cu o lățime mai mică decât un pixel complet, atunci acest lucru se poate face iluminând doar subpixeli pe care îi atinge de fapt linia. Dacă linia trece prin partea cea mai stângă a pixelului, se aprinde doar subpixelul roșu; dacă trece prin porțiunea din dreapta a pixelului, se aprinde doar subpixelul albastru. Acest lucru triplează efectiv rezoluția orizontală a imaginii la distanțe normale de vizionare; dezavantajul este că linia astfel trasată va arăta franjuri de culoare (în unele puncte ar putea arăta verde, în alte puncte ar putea arăta roșu sau albastru).

1) O linie diagonală pe un afișaj de 1 bit. 2) Anti-aliasing în tonuri de gri . 3) Identic cu 1, dar pe un monitor color. 4) Redat cu control direct al fiecărui subpixel de culoare. 5) Versiune mai mică de 1-4. 6) linii de 1 pixel fără și cu anti-aliasing .

ClearType folosește această metodă pentru a îmbunătăți netezimea textului. Când elementele unui caracter de tip sunt mai mici decât un pixel complet, ClearType aprinde numai subpixeli corespunzători pentru fiecare pixel complet pentru a urmări mai atent schițele acelui caracter. Textul redat cu ClearType arată „mai fin” decât textul redat fără acesta, cu condiția ca aspectul pixelilor de pe ecran să se potrivească exact cu ceea ce se așteaptă ClearType.

Următoarea imagine arată o mărire de 4 × a cuvântului Wikipedia redat folosind ClearType. Cuvântul a fost inițial redat folosind un font Times New Roman 12 pt .

Cuvântul „Wikipedia” redat folosind ClearType

În această viziune mărită, devine clar că, în timp ce netezimea generală a textului pare să se îmbunătățească, există și franjuri de culoare ale textului.

(a) text redat fără ClearType și (b) text redat cu ClearType

Un prim-plan extrem al unui afișaj color arată (a) text redat fără ClearType și (b) text redat cu ClearType. Rețineți modificările intensității subpixelilor care sunt utilizate pentru a crește rezoluția efectivă atunci când ClearType este activat - fără ClearType, toți sub-pixelii unui pixel dat au aceeași intensitate.

(a) text redat fără ClearType și (b) text redat cu ClearType

În rândurile de text de mai sus, când este afișat cercul portocaliu, tot textul din cadru este redat folosind ClearType (redare subpixel RGB); atunci când cercul portocaliu este absent, tot textul este redat folosind un anti-aliasing normal (în nuanțe de gri complet) .

În Windows 10, dacă ClearType este dezactivat, rămâne în continuare în unele elemente GUI. În afișajele 4K , ClearType oferă umbre largi și colorate literelor aplicațiilor vechi.

Viziunea și cunoașterea umană

ClearType și tehnologii similare lucrează la teoria conform căreia variațiile de intensitate sunt mai vizibile decât variațiile de culoare.

Opinia expertului

Într-un articol MSDN , Microsoft recunoaște că "[te] xt care este redat cu ClearType poate apărea, de asemenea, semnificativ diferit atunci când este văzut de persoane cu niveluri diferite de sensibilitate a culorii. Unii indivizi pot detecta ușoare diferențe de culoare mai bine decât altele." Această opinie este împărtășită de designerul de fonturi Thomas Phinney (fost CEO al FontLab , de asemenea anterior cu Adobe Systems ): „Există, de asemenea, o variație considerabilă între indivizi în sensibilitatea lor la franjuri de culoare. Unii oameni doar o observă și sunt deranjați de ea mult mai mult decat altii." Dezvoltatorul de software Melissa Elliott a scris despre găsirea unui text ClearType incomod de citit, spunând că „în loc să văd text negru, văd text albastru și redat peste el, dar compensat cu un pixel sau doi, văd text portocaliu și cineva a intrat într-un sac de strălucire cu pixeli purpurii și l-am aruncat doar ... Nu sunt singura persoană din lume cu această problemă și, totuși, de fiecare dată când apare, oamenii sunt repede să mă asigure că funcționează pentru ei ca și cum ar fi presupus să mă facă să mă simt mai bine ".

Expertul în sugestii Beat Stamm, care a lucrat la ClearType la Microsoft, este de acord că ClearType ar putea părea neclară la 96 dpi , ceea ce reprezenta o rezoluție tipică pentru LCD-urile din 2008, dar adaugă că afișajele cu rezoluție mai mare îmbunătățesc acest aspect: " WPF [Windows Presentation Foundation] folosește metoda C [ClearType cu poziționare fracționată a pixelilor], dar puține dispozitive de afișare au o rezoluție suficient de mare pentru a face ca potențialul de estompare să devină un punct discutabil pentru toată lumea ... Unii oameni sunt în regulă cu estomparea din Metoda C, alții nu. Dovezile anecdotice sugerează că unii oameni sunt în regulă cu metoda C atunci când citesc text continuu la 96 dpi (de exemplu, Times Reader etc.), dar nu în scenarii UI. Mulți oameni sunt în regulă cu culorile ClearType, chiar și la 96 dpi, dar câteva nu sunt ... Pentru ochii mei și la 96 dpi, metoda C nu citește la fel de bine ca metoda A. Îmi citește „neclar”. În schimb, la 144 dpi, nu văd o problemă cu metoda C. arată și îmi citește foarte bine. " O ilustrare a potențialei probleme este următoarea imagine:

Text fără redare (porțiunea superioară) și text cu redare ClearType (porțiunea inferioară)

În blocul de text de mai sus, aceeași porțiune de text este afișată în jumătatea superioară fără și în jumătatea inferioară cu redarea ClearType (spre deosebire de Standard și ClearType din imaginea anterioară). Acesta și exemplul anterior cu cercul portocaliu demonstrează estomparea introdusă.

Studii empirice

Un studiu din 2001, realizat de cercetători de la Universitatea Clemson și Universitatea din Pennsylvania asupra „18 utilizatori care au petrecut 60 de minute citind ficțiune din fiecare dintre cele trei afișaje diferite”, a constatat că „Când citeau de pe un ecran LCD, utilizatorii preferau textul redat cu ClearType ™. ClearType a dat, de asemenea, judecăți de lizibilitate mai mari și evaluări mai mici ale oboselii mintale. " Un studiu din 2002 pe 24 de utilizatori, realizat de aceiași cercetători de la Universitatea Clemson, a constatat, de asemenea, că „Participanții au fost semnificativ mai exacți la identificarea cuvintelor cu ClearType ™ decât fără ClearType ™”.

Potrivit unui studiu realizat în 2006, la Universitatea Texas din Austin de Dillon și colab., ClearType „poate să nu fie universal benefic”. Studiul constată că beneficiul maxim poate fi văzut atunci când lucrătorul în informare își petrece proporții mari din timpul său citind textul (ceea ce nu este neapărat cazul majorității utilizatorilor de computere de astăzi). În plus, peste o treime dintre participanții la studiu au prezentat un dezavantaj atunci când au folosit ClearType. Indiferent dacă ClearType sau alte tipuri de redare trebuie utilizate, este foarte subiectiv și trebuie să fie alegerea individului, raportul recomandând „să permită utilizatorilor să dezactiveze [ClearType] dacă consideră că produce alte efecte decât performanțe îmbunătățite”.

Un alt studiu empiric din 2007 a constatat că „în timp ce redarea ClearType nu îmbunătățește lizibilitatea textului, viteza de citire sau confortul în comparație cu redarea în tonuri de gri reglate perceptual, subiecții preferă textul cu redare ClearType moderată textului cu tonuri de gri sau contrast ClearType de nivel superior”.

Un sondaj din 2007 al literaturii, realizat de cercetătorul Microsoft, Kevin Larson, a prezentat o imagine diferită: „Studiile revizuite de colegi au constatat în mod constant că utilizarea ClearType mărește performanța lecturii în comparație cu alte sisteme de redare a textului. Într-un studiu din 2004, de exemplu, Lee Gugerty, un profesor de psihologie de la Universitatea Clemson, din Carolina de Sud, a măsurat o îmbunătățire cu 17% a preciziei recunoașterii cuvintelor cu ClearType. într-un studiu publicat în 2007, psihologul Andrew Dillon de la Universitatea Texas din Austin a constatat că atunci când subiecților li s-a cerut să scaneze o foaie de calcul și să aleagă anumite informații, aceștia au îndeplinit aceste sarcini cu 7% mai repede cu ClearType. "

Afișați cerințele

ClearType și tehnologiile conexe necesită hardware de afișare cu pixeli și subpixeli fixi. Mai precis, pozițiile pixelilor și subpixelilor de pe ecran trebuie să fie cunoscute exact de computerul la care este conectat. Acesta este cazul afișajelor cu ecran plat, pe care pozițiile pixelilor sunt fixate permanent de proiectarea ecranului în sine. Aproape toate panourile plate au o matrice perfect dreptunghiulară de pixeli pătrate, fiecare dintre acestea conținând trei subpixeli dreptunghiulari în cele trei culori primare, cu ordinea normală fiind roșu, verde și albastru, dispuse în benzi verticale. ClearType își asumă acest aranjament de pixeli atunci când redați text.

ClearType nu funcționează corect cu afișajele cu ecran plat care sunt operate la alte rezoluții decât rezoluțiile lor „native”, deoarece doar rezoluția nativă corespunde exact pozițiilor reale ale pixelilor de pe ecranul afișajului.

Dacă un afișaj nu are tipul de pixeli fixi pe care îl așteaptă ClearType, textul redat cu ClearType activat arată de fapt mai rău decât tipul redat fără el. Unele panouri plate au aranjamente de pixeli neobișnuite, cu culorile într-o ordine diferită sau cu subpixeli poziționate diferit (în trei benzi orizontale sau în alte moduri). ClearType trebuie reglat manual pentru a fi utilizat cu astfel de afișaje (vezi mai jos).

ClearType nu va funcționa așa cum se intenționează pe afișajele care nu au poziții fixe ale pixelilor, cum ar fi afișajele CRT , totuși va avea în continuare un efect antialiasing și poate fi preferabil unor utilizatori în comparație cu tipul non-anti-aliased.

Sensibilitate la orientarea afișajului

Deoarece ClearType utilizează aspectul fizic al pigmenților roșii, verzi și albastru ai ecranului LCD, acesta este sensibil la orientarea afișajului.

ClearType în Windows XP acceptă structurile de subpixeli RGB și BGR ; afișajele rotite, în care subpixelele sunt stivuite pe verticală mai degrabă decât aranjate orizontal, nu sunt acceptate. Utilizarea ClearType pe aceste configurații de afișaj va reduce de fapt calitatea afișajului. Cea mai bună opțiune pentru utilizatorii de Windows XP care au afișaje LCD rotite ( Tablet PC-uri sau afișaje LCD cu suport pivotant) este utilizarea anti-aliasingului regulat sau dezactivarea completă a netezirii fontului.

Documentația dezvoltatorului de software pentru Windows CE afirmă că ClearType pentru ecranele rotite este acceptat pe acea platformă.

Implementări

ClearType este, de asemenea, o componentă integrată a motorului de redare a textului Windows Presentation Foundation .

Colecția de fonturi ClearType

Ca parte a versiunii Vista, Microsoft a lansat un set de fonturi, cunoscut sub numele de ClearType Font Collection , considerat a funcționa bine cu sistemul ClearType:

ClearType în GDI

ClearType poate fi activat sau dezactivat la nivel global pentru aplicațiile GDI . Un applet al panoului de control este disponibil pentru a permite utilizatorilor să regleze setările GDI ClearType. Implementarea GDI a ClearType nu acceptă poziționarea sub-pixel.

Reglare ClearType

Unele versiuni ale Microsoft Windows , astfel cum sunt furnizate, permit activarea sau dezactivarea ClearType, fără ajustări; alte versiuni permit reglarea parametrilor ClearType. Un utilitar tuner Microsoft ClearType este disponibil pentru descărcare gratuită pentru versiunile Windows care nu au această facilitate. Dacă ClearType este dezactivat în sistemul de operare, aplicațiile cu propriile controale ClearType îl pot suporta în continuare. Microsoft Reader (pentru cărți electronice ) are propriul său tuner ClearType.

ClearType în WPF

Tot textul din Windows Presentation Foundation este antialias și redat folosind ClearType. Există setări de registry ClearType separate pentru aplicațiile GDI și WPF, dar în mod implicit intrările WPF sunt absente, iar valorile GDI sunt utilizate în absența lor. Intrările de registru WPF pot fi reglate folosind instrucțiunile din MSDN WPF Text Blog.

ClearType în WPF acceptă poziționarea sub-pixelilor, lățimi naturale de avans, anti-aliasing în direcția Y și accelerarea hardware . WPF acceptă stocarea în cache agresivă a textului ClearType pre-redat în memoria video. Măsura în care acest lucru este acceptat depinde de placa video . Cardurile DirectX 10 vor putea ascunde în memorie glifele fontului în memoria video, apoi vor efectua compoziția (asamblarea glifelor de caractere în ordinea corectă, cu spațiul corect), amestecarea alfa (aplicarea anti-aliasing ) și amestecarea RGB (ClearType's calcule de culoare sub-pixel), în întregime în hardware. Aceasta înseamnă că numai glifele originale trebuie stocate în memoria video o dată pe font (Microsoft estimează că acest lucru ar necesita 2 MB de memorie video pentru fiecare font) și alte operații, cum ar fi afișarea textului anti-aliased deasupra altor elemente grafice - inclusiv video - se poate face și fără efort de calcul din partea procesorului. Cardurile DirectX 9 vor putea să memoreze în memorie glifele amestecate alfa doar în memorie, necesitând astfel procesorul să gestioneze compoziția glifelor și amestecarea alfa înainte de a trece aceasta pe placa video. Memorarea în cache a acestor glifuri parțial redate necesită mult mai multă memorie (Microsoft estimează 5 MB pe proces). Cardurile care nu acceptă DirectX 9 nu au capacități de redare a textului accelerate de hardware.

ClearType în DirectWrite

Pe măsură ce densitățile de pixeli ale afișajelor s-au îmbunătățit și au devenit disponibile ecrane DPI mai mari, redarea subpixelului colorat a devenit mai puțin necesară, potrivit Microsoft. De asemenea, interfețele de utilizare ale tabletelor Windows au evoluat pentru a susține orientările verticale ale ecranului, unde dungile color LCD ar rula orizontal. Redarea originală colorată subpixel colorată ClearType a fost reglată pentru a funcționa optim cu afișaje LCD cu orientare orizontală, unde dungi RGB sau BGR rulează vertical. Din aceste motive, DirectWrite, care este următoarea generație de redare a textului API de la Microsoft, s-a îndepărtat de ClearType conștient de culoare. Motorul de redare a fonturilor din DirectWrite acceptă o versiune diferită a ClearType cu doar anti-aliasing în nuanțe de gri , nu redarea subpixelului color, așa cum s-a demonstrat la PDC 2008. Această versiune este uneori numită Natural ClearType, dar este adesea denumită pur și simplu redare DirectWrite (cu termenul „ClearType” fiind desemnat doar pentru versiunea de redare subpixel color RGB / BGR). Îmbunătățirile au fost confirmate de surse independente, cum ar fi dezvoltatorii Firefox ; au fost deosebit de remarcabile pentru fonturile OpenType în Compact Font Format (CFF).

Multe aplicații Office 2013, inclusiv Word 2013 , Excel 2013, părți din Outlook 2013 au încetat să mai folosească ClearType și au trecut la acest antialiasing în tonuri de gri DirectWrite. Motivele invocate sunt, în cuvintele lui Murray Sargent: "Există o problemă cu ClearType: depinde în mod critic de culoarea pixelilor de fundal. Aceasta nu este o problemă dacă știți a priori că acei pixeli sunt albi, ceea ce este de obicei, cazul textului. Dar cazul general implică calcularea culorilor pentru un fundal arbitrar și care necesită timp. Între timp, Word 2013 se bucură de animații minunate și de zoom mărit. Nimic nu mai sare. Chiar și cursorul (linia verticală intermitentă la punctul de inserare a textului) alunecă dintr-o poziție în următoarea pe măsură ce tastați. Mișcarea de smucit nu mai este considerată interesantă. Ei bine, animațiile și zoom-urile trebuie să fie mai rapide decât timpul de răspuns uman pentru a părea netede. Și asta exclude ClearType în scenarii animate cel puțin cu hardware de generație actuală. Și în scenariile viitoare, ecranele vor avea o rezoluție suficient de ridicată pentru ca anti-aliasing -ul la scară de gri să fie suficient. "

Din aceleași motive legate de performanța animației și orientările verticale ale ecranului în care antialiasarea colorată RGB / BGR ClearType ar fi o problemă, versiunea conștientă de culoare a ClearType a fost abandonată în platforma de aplicații în stil Metro Windows 8 (și platforma Windows universală Windows) 10)., Inclusiv meniul Start și tot ce nu utilizează API-urile clasice Win32 (GDI / GDI +).

Brevete

ClearType este o marcă comercială înregistrată și Microsoft solicită protecție în baza următoarelor brevete americane , toate expirate:

  • Redare subpixel:
    • Brevetul SUA 6.188.385 - Metodă și aparat pentru afișarea imaginilor precum textul
    • Brevetul SUA 6.219.025 - Cartarea eșantioanelor de date de imagine la sub-componente pixel pe un dispozitiv de afișare cu dungi
    • Brevetul SUA 6.239.783 - Cartografierea ponderată a eșantioanelor de date de imagine la sub-componentele pixelilor de pe un dispozitiv de afișare
    • Brevetul SUA 6.307.566 - Metode și aparate pentru efectuarea operațiilor de redare și rasterizare a imaginilor
  • Filtrare complexă a culorilor:
    • Brevetul SUA 6.225.973 - Cartografierea eșantioanelor de date de imagine color în prim plan / fundal la sub-componente pixel
    • Brevetul SUA 6.243.070 - Metodă și aparat pentru detectarea și reducerea artefactelor de culoare din imagini
    • Brevet SUA 6.393.145 - Metode aparate și structuri de date pentru îmbunătățirea rezoluției imaginilor care trebuie redate pe dispozitive de afișare tipărite
    • Brevetul SUA 6.973.210 - Filtrarea datelor de imagine pentru a obține probe mapate la sub-componentele pixelilor unui dispozitiv de afișare
    • Brevetul SUA 7.085.412 - Filtrarea datelor de imagine pentru a obține probe mapate la sub-componentele pixelilor unui dispozitiv de afișare
  • Sugestie și aspect al fontului subpixel:
  • Reglare ClearType:
    • Brevetul SUA 6.624.828 - Metodă și aparat pentru îmbunătățirea calității imaginilor afișate prin utilizarea informațiilor de referință ale utilizatorului

Alte utilizări ale mărcii ClearType

Numele ClearType a fost, de asemenea, utilizat pentru a se referi la ecranele tabletelor Microsoft Surface . ClearType HD Display indică un ecran de 1366 × 768, în timp ce ClearType Full HD Display indică un ecran de 1920 × 1080.

Vezi si

Referințe

linkuri externe