Настольные системы меняют правила

В начале 1980-х годов неожиданная серия технологических перемен произвела революцию в работе со шрифтом.

Во-первых, настольные (персональные) компьютеры получили достаточно памяти и вычислительной мощности, чтобы выполнять работу специализированной наборной системы, но за гораздо меньшую цену. (Типичный миникомпьютер для специализированной наборной системы обладал только 768 Кбайт памяти.) Первая такая специализированная система была реализована на персональном компьютере в 1985 году.

Во-вторых, появились лазерные принтеры, которые смогли выполнять роль недорогих настольных печатных систем. Подобная лазерная технология вскоре была применена для фотонаборных автоматов с высоким разрешением, они заменили машины на электронно-лучевых трубках. Как только стали использовать лазерные устройства, такие машины перестали быть просто наборными, а скорее превратились в устройства фотовывода (imagesetter), поскольку в процессе печати документа нет различия между иллюстрацией и шрифтом.

В-третьих, операционные системы персональных компьютеров, «воодушевленные» идеями исследовательского центра Xerox Palo Alto Research Center (PARC), стали использовать экран для точного отображения печатной страницы. Такое качество, названное WYSIWYG (what you see is what you get — что вы видите, то и получите), означает, среди прочего, возможность набирать текст без изучения огромного словаря машинных команд форматирования. Если все прекрасно выглядит на экране, то все будет великолепно и на печатной странице.

В-четвертых, и это, может быть, самое важное, появился PostScript - язык, призванный описывать все печатные «события» на странице. Разработанный компанией Adobe Systems, язык PostScript был одним из многих языков описания страниц (page description language — PDL), но самым полным и многообещающим, и особенно он выиграл в результате коммерческого контракта Adobe Systems с фирмами Apple Computer и Mergenthaler-Linotype, признанными производителями профессиональных наборных систем.

Модель PostScript

Возможно, главной отличительной чертой языка PostScript (кроме технологии языка и его функциональных возможностей) является то, что он не привязан ни к какому конкретному компьютеру и принтеру, как и к конкретной операционной системе или какому бы то ни было программному обеспечению. Он полностью аппаратно независим. Теоретически страница, описанная на языке PostScript (описание возможно в универсальном ASCII-формате), может быть создана на любом компьютере и напечатана на любом принтере, выведена на любой экран или на устройство, которое трудно предусмотреть заранее. Любая компьютерная программа может выразить себя в командах языка PostScripst.

Язык PostScript описывает все элементы документа как масштабируемые векторные объекты. Это означает, что он определяет объекты как векторные контуры или траектории, которые пользователь может масштабировать произвольно и отображать на устройствах с любым разрешением. До появления языка PostScript большинство компьютерной графики и шрифтов представляли собой битовые карты (bitmap), т. е. изображения с конкретным разрешением, получаемые точка за точкой (каждая из которых описывается одним битом цифровых данных). В новых условиях шрифт становился просто одним из видов масштабируемой графики.

Растровый процессор

Для преобразования описания страницы на языке PostScript в печатную страницу PostScript-команды должны быть переведены в команды конкретного внешнего устройства. Теоретически такой PostScript- интерпретатор может быть программой, работающей на обычном персональном компьютере. Но поскольку вычислительный процесс достаточно сложен, то часто интерпретатор был (и остается) «черным ящиком», отдельным процессором, предназначенным только для перевода PostScript-команд в машинные инструкции, которые заставляют внешнее устройство, например лазерный принтер, отображать страницу (печатать ее изображение).

Такой черный ящик обычно называют растровым процессором (raster image processor - RIP). Название восходит к профессиональному жаргону и отражает способ, с помощью которого изображение в телевидении создается на экране электронно-лучевой трубки. Узкий луч последовательно по одной горизонтальной строке сканирует так называемые растровые линии (raster происходит от латинского слова «грабли»), как показано на рис. 1.13. Такие горизонтальные линии рисуются на экране сверху донизу с огромной скоростью.

РИС. 1.13. В растровом устройстве, каким является фотонаборный автомат или монитор компьютера, знаки рисуются пробегающим по «странице» лучом, который по пути включается или выключается. На рисунке луч уже многократно выполнил развертку по горизонтали, рисуя с каждым поперечным пробегом страницы тонкий фрагментик знака

Луч (поток электронов в ЭЛТ, луч лазера в лазерных принтерах или фотонаборных автоматах) включается и выключается для того, чтобы создать темные и светлые точки, которые мы видим на экране или на бумаге. Пятно луча и частота, с которой он может включаться и выключаться, определяет разрешение устройства, то есть число точек, которые он может создать в каждом дюйме или сантиметре.

Число точек, чье положение RIP должен вычислять на каждой странице, огромно. Страница для лазерного принтера с разрешением 300 точек на дюйм (dots per inch — dpi) содержит более миллиона точек. При разрешении 600 dpi число точек приближается к 4 млн. И даже при низшем уровне разрешения у фотонаборных автоматов это число возрастает до 16 млн.

Аппаратная независимость

Обеспечение аппаратной независимости, предложенное языком PostScript, было революционно. В течение столетий после Гутенберга любой шрифт должен был соответствовать тому оборудованию, которое используется для печати. До конца девятнадцатого века не существовало сколько-нибудь принятых стандартов для типометрических измерений. Когда развитие фотонабора привело к значительному увеличению компаний, торгующих наборными системами, каждый разработчик стал предлагать свои собственные шрифтовые технологии. И уж если кто приобретал систему, то он обязан был покупать у того же продавца и шрифты, которые могли стоить целое состояние, часто столько же, сколько и само оборудование.

Кроме того, если работа набрана в одной системе, то она была привязана к ней навсегда, до тех пор, пока не захочется перенабрать и переформатировать все целиком. Работа, выполненная в одной системе, не могла использоваться в другой (исключения крайне редки). Поэтому не удивительно, что многие издатели с радостью приняли настольные издательские системы со всеми их недостатками просто для того, чтобы избавиться от диктата разработчика-монополиста и затрат, привязанных к уникальной технологии собственника. Обещания языка PostScript дать шрифту аппаратную независимость звучали притягательно, как пение морских сирен.

PostScript-шрифт

Для того чтобы освободиться от внешнего устройства, язык PostScript должен был создать собственный мир, не зависящий от диктата технологии, которую поддерживали существовавшие тогда системы, несовместимые друг с другом. Шрифт был ключевым моментом этой задачи и самым сложным ее элементом. Хотя разработчики PostScript не могли предвидеть последующего развития полиграфических технологий, тем не менее, Adobe стала вскоре одной из ведущих компаний мира.

PostScript-шрифт хранит изображение знака в виде контурного рисунка. А контуры, в свою очередь, построены из отрезков прямых линий и криволинейных сегментов. Кривые Безье, которые получили свое название по имени французского математика и автомобильного инженера, открывшего компактный способ описания сложных кривых, — это те же кривые, которые сейчас используются во всех популярных векторных редакторах. Когда требуется создать шрифт определенного кегля, очертание знака копируется из файла, масштабируется растровым процессором до требуемого размера, а затем заполняется элементами с разрешением внешнего устройства (рис. 1.14): экрана монитора, принтера или фотонаборного автомата.

РИС. 1.14. Упрощенная схема наложения растровым процессором очертания знака на сетку, представляющую собой совокупность пикселов на странице, и «заполнения цветом» тех пикселов, чьи центры попадают в пределы контура. В этом случае говорят, что знак был растеризован (rasterized)

Растеризация PostScript-шрифтов Принять решение о том, какие именно пикселы станут частью знака, достаточно сложно. PostScript- интерпретатор рассматривает всю страницу как сетку пикселов. Процесс, с помощью которого очертание знака накладывается на такую сетку и принимается решение о том, какой пиксел заполняется цветом, называется подгонкой сетки (grid fitting).

В простейшем варианте такая подгонка состоит в том, чтобы наложить очертание знака на сетку в определенном положении (которое задается командами, описывающими страницу) и заполнением только тех пикселов, чьи центры попадают на контур или внутрь области, ограниченной контуром. Как показано на рис. 1.15, далеко не всегда получается удачный визуальный результат, особенно при низком разрешении (например, на экране монитора), когда глаз может различать отдельные пикселы, и один неверно размещенный пиксел способен поставить зрителя в тупик. Иногда некоторые пикселы выпадают, создавая провалы в пиксельном изображении. И даже небольшое изменение положения контура по отношению к сетке помогает добиться более полного соответствия формы знака и пикселов.

РИС. 1.15. Очертание знака очень редко полностью совпадает с сеткой (см. рис. 1.14). Особенно при низком разрешении (как на экране компьютера, показанном на рисунке), очертания часто попадают в неудобные положения. У верхнего знака центры только нескольких пикселов оказываются внутри

Для того чтобы требуемые пикселы оказались включены в контур и форма знака воспроизводилась с максимальной точностью, нередко приходится прибегать даже к изменению формы контура.

Для достижения этого шрифтовой файл снабжается специальной инструкцией (подпрограммой), которая называется хинтингом (hinting). Она улучшает форму знака, представленного относительно небольшим числом пикселов, если применяется шрифт мелкого кегля или у выводного устройства очень низкое разрешение.

С самого начала Adobe Systems предложила собственную систему хинтинга для PostScript-шрифтов, но она не была бесплатной в отличие от прочих компонентов языка PostScript. Поэтому другие разработчики могли создавать PostScript-совместимые шрифты, которые не выглядели так хорошо, как у Adobe, за исключением вывода с высоким разрешением.

Некоторые участники компьютерного и издательского сообщества почувствовали себя уязвленными таким положением вещей, и фирмы Apple и Microsoft решили создать новый формат, который назвали TrueType.

Подробные сравнительные характеристики форматов шрифтов: PostScript, TrueType и ОрепТуре - нового формата, объединяющего оба упомянутые, приводятся в гл. 4.