显示器的原理与Cleartype技术

从MSDOS到现在的Windows10,电脑系统在不断的更新换代,字体显示也变得越来越好看。但很多小白在刚从XP升级到Vista/7/8/10以后发现屏幕字体很模糊了,因为电脑默认字体从宋体变成了微软雅黑,需要配合ClearType才能达到最好效果,他们也在教程的指导下开启了ClearType,但是,有些人开启了ClearType,字体的确变得更加清晰,甚至比XP还要清楚,但有些人开启后变得更糟糕,甚至导致他们回滚XP,ClearType究竟是什么样的技术呢。

据微软声称,ClearType技术可以使文本清晰度提升三倍

三倍?不是虚假宣传?我自学Photoshop将近5年了,我自己都知道图像的最小单位是像素,你不可能在像素里再绘制更多细节,要是想绘制更多细节你必须要提高分辨率,但是分辨率和字号是呈正比的,如果分辨率太高则UI就会过于紧凑,但是缩小回去分辨率又变低了,简单来说,一个12x12的网络就只能放144个格子,你不可能像微软说的那样,塞432个格子进去。所以,这个是谣言实锤了。






呵呵呵,怎么可能呢?如果这是谣言我怎么还会谈他呢?

正如微软所言,这个技术,真的可以在12x12的网络里面塞432个格子,但前提是你必须要使用液晶显示器。这就造成了部分童鞋开了Cleartype变的更糟的原因。所以还在使用CRT的同学需要换显示器了。

然而由于CRT没有拖影,寿命长,无限色深,无限分辨率而受到部分设计师和电竞玩家的青睐,我大阴极射线管还能再战500年(扯远了)

在说明原因之前,我先大致讲一下显示器的原理和两种显示器的显示方式。

显示器的原理

首先上一张图

加色三原色

当两束光射在一处,光会变得更亮,这是因为光是一种波,两个波叠加会出现干涉造成波高更高,就是震动的更剧烈,而波高信息在大脑里会处理成亮度。

如果两种光颜色不一样,会出现什么现象呢?会出现更亮的不同于其他颜色的光,因为人眼分不清纯色光和复合色光,人的意识会将其作为单色光

为什么选择红绿蓝作为三原色呢?因为人眼有对红绿光敏感的细胞,蓝黄光敏感的细胞,亮度敏感的细胞,另外红和绿的混合色光会让人看到黄色,所以只需要红绿蓝就足够了。

而绘图使用的红黄蓝(准确来说是品红-黄-青)是减色三原色,正好与加色反过来,因为颜料阻碍了光的穿过,所以越来越暗,这里不再深究。

所以,与其说是全彩显示器,不如说是三色显示器,因为现行的显示器真的只能显示红绿蓝三种颜色?纳尼?为什么我们看不出来?因为像素最粗的显示器都是96DPI(每对角线英寸显示96个像素,差不多边长0.16mm)正常人人眼最大分辨能力是0.1mm,导致三个颜色在人眼成像上不再是点,而是光斑,类似于加色三原色那张图,光斑的叠加导致了大脑将三种颜色处理成其他的颜色。

然后我们谈一下CRT和LCD显示器的区别,这对理解这篇文章很重要。首先看一下能再战500年的CRT显示器放大图,感兴趣的朋友也可以用放大镜或小孔成像看一下你自家的显示器长啥样。

CRT显示器放大

可以看到,三种颜色以蜂窝状分布,当然也有栅条分布的那种显示器,但栅条由于体积比较大,只能支持到640x480的分辨率,一般用在电视上(后期的CRT由于栅条能做的更小了,也开始使用在电脑上),使用蜂窝的优点就是在不改变显示密度的情况下支持更高的分辨率,可以支持到最大1024x768(更大的分辨率也可以,但是这样显示会模糊)。由于系统使用的是方形像素,所以蜂窝状的CRT无法做到点对点,即使是栅条也必须要开低解才行,这会造成显示模糊。因此,能够点对点显示的LCD逐渐替代了CRT

再看一下LCD吧

LCD显示器放大

LCD显示器利用栅条达到了真正的方形的像素,因此可以做到点对点,但是这样局限性也很明显,每个显示器只能支持一个分辨率,如果使用其他分辨率,画面会模糊,尤其是不支持插值过滤的早期显示器,会导致像素大小不齐。

看着放大图还是有点茫然?给你们看一个实例吧。

此图片仅有三种颜色,你相信吗?

原图,相对于真正的原图做了劣化处理
插图作者@KELLY贝贝龟 欢迎来星之卡比吧去观摩她绘制的数千张精品星之卡比插图

并没有CRT的演示图,因为非点对点显示效果不好。

理解了显示器的原理和两种显示器的区别,我们来了解一下Cleartype是什么

为什么会有Cleartype

当CRT变成LCD时,由于必须要点对点,所以只能设置成最佳分辨率。因为CRT没有最佳分辨率,所以如果想让字大一点就把分辨率设低一些,字小点就把分辨率设高一些。但是只能支持一种分辨率的LCD不行,这样会使字体变形。我们现在可能感觉不到,但是对于刚换LCD的用户就会感觉无法适应过小的字体。

那时流行在低分辨率下显示清晰的点阵字体(如下)

点阵字体“星”

但是点阵越大,制作成本越高,所以点阵字体到24x24(Z-full GB字体)就到头了,而XP默认的宋体(中易宋体)最大只能支持16x16,但这对于一些人还不够大。此时用户有两种选择,要么使用Truetype渲染,要么强制用点阵渲染,Turetype渲染西文还行,但是一遇到中日韩汉字就怂了......

Truetype的字体很模糊


更加极端的情况,难以辨识

点阵毛刺很多

等线照样救不了

因此,微软为了提高显示效果,同时避免用户流失,微软做了两件事情。

1:为新系统使用旧技术ClearType
2:花重价请方正科技设计中日韩Cleartype字体(巨硬有钱就是任性

其实ClearType早在90年代就已经发明出来了,但那时候LCD还未普及,所以一直没有内置在系统里,到了XP终于内置了,但那时中文还没有合适的字体。

Cleartype究竟牛在哪里?

作为一个Photoshop的爱好者,我在编辑电脑的截图时都会把截图上的字用PS重新改一遍,因为......

花花绿绿的怎么打印啊

既然字体都是花花绿绿的,显示效果不会更糟糕吗?然而并不是,这种字体在100%显示下就变成纯白的了,而且还很清晰,这就是Cleartype的神奇之处,还是不理解?

我们用放大镜(现实中的,不是Windows自带的)放大一下点阵字体“星”

点对点规规矩矩

然后我们再看一下那个“花花绿绿”的字的放大图

没区别啊?

请仔细看一下左右边缘,如果点对点的话必定是红色开始蓝色结束,但是这样却不是这样,要么绿色开始要么蓝色开始,结束也是一团乱,你也可以注意一下撇,像素格也不是对齐的

不是说点对点吗?怎么违反这个规律了?其实栅条的每一个颜色都可以独立发光,如果是一起发光的话,我们只能看到灰度图案,彩色是栅条直接的差异赋予的,所以在屏幕上的放大是花花绿绿的。

这样系统完全可以在横向上不按点对点的方式显示像素点,比如左边是青色“黑绿蓝”,右边是红色“黑黑”,合起来就是“黑绿蓝红黑黑”,看,三原色合成在一起了,显示的结果是白色

如果这样可以错位的话,横向的分辨率就翻了3倍(36x12),你只需要保证横向字体宽度为三个栅条就可以正常显示为白色了。

Cleartype的实际观感效果,比点阵平滑很多

没有对比就没有伤害

还有两张1:1版本供参谋

12x12点阵

12x12Cleartype

既然分辨率都提高了3倍,则点阵和Truetype算法的缺陷就可以被冲淡了,所以在目前来说,Cleartype是目前最先进的屏幕字体渲染算法。MAC使用的次像素渲染其实和Windowsd的Cleartype是完全一样的,只不过MAC注重字形,完全使用了Truetype渲染字体,微软注重清晰度,同时使用了点阵和Truetype渲染字体,前者负责直线,后者负责斜线和弯曲,但很多人更喜欢MAC的字体,毕竟人脑可以将模糊的像素脑补成清晰的线条,再加上次像素渲染就能使脑补更加容易。

另外已经厌烦Windows字体和UI的童鞋们不用重新做一个MAC系统,毕竟MAC系统兼容性还不太好,只想要外观却牺牲兼容性得不偿失,在Windows上使用MacType即可达到Mac的字体效果,而UI可以完全通过换一个主题解决,不过我更喜欢Vista的外观。

但是,既然已经破坏了显示器的显示规律,必然会出现一些问题

Cleartype的缺陷

・必须要使用最佳分辨率

一些童鞋电脑配置不好想玩高配游戏或者想全屏直播但有分辨率限制会把分辨率降低,这样会造成字体杂色增多

而且录屏时如果在1920x1080的屏幕看其他人在1600x900屏幕上屏摄字体也会更糟(当然我更建议在放大到150%以后录制,有利于让使用手机的小屏用户看清内容)

・只有黑底白字显示效果才最佳

基于加色的特性,在黑色的情况下栅条不会显示任何颜色,而白色的情况会显示红绿蓝三色,这样会使文字出现杂色

在黑色背景显示间距为0.66px的白色竖线

在白色屏幕显示间距为0.66的黑色竖线

黑色不发光,所以黑色照样为黑色,但白色是红绿蓝三色合成,而这样的竖线会导致只有红绿,红蓝,绿蓝的其中之一,这样白色就不是白色了

这会出现在竖画特别多的字(比如“撇”需要八个竖画支撑)上,还好这种字是少数。

但是如果使用了其他的字体颜色,比如红色,这样绿色和蓝色这两个栅条就下岗了,Cleartype的优势就完全没有了。

・不适合纵向屏幕

相当一部分码农会把屏幕竖起来用,这样可以显示更多的代码,但Cleartype是针对横向屏幕使用的,在纵向屏幕显示效果就差很多。

原本整齐的栅条变得一团糟

(我是点阵字体党我自豪)

・不太适合繁难的中日韩文字

这些文字横画通常比竖画更多,而在纵向分辨率没有提高,而横向常常被浪费。

・不适合印刷

印刷是网点,不是栅条,会导致出现杂色,当然仅限于图片印刷,文本印刷打印机会生成没有Cleartype的字模

・不适合BGR屏幕(已修复)

同样是LCD,但是不同的品牌的标准也不一样,比如反向的BGR屏幕

不知道为什么,电子白板通常是这样的排布方式

不过这个问题已经在Windows7中解决了,在Cleartype第一步设置中就可以选RGB和BGR,但是还在坚守XP的童鞋就没办法了。

・在视网膜屏幕上是累赘

现在的手机和4K显示器已经可以达到480dpi了,其锯齿几乎无法观测,即使是宋体也能清晰显示,在这种屏幕上Truetype渲染已经足够清晰了,再使用Cleartype几乎没有视觉提升。

结语:总之,Cleartype合理的使用和LCD的物理特性来使字体更加清晰,但也因为这个原因Cleartype依然存在较多问题,毕竟只改颜色不改分辨率治标不治本!如果有条件的童鞋,使用2K屏并配合Windows10.1的缩放功能和Cleartype可以达到想要的完美显示效果,当然3K和4K就不用开这个开关了,打开也是累赘。

欢迎来到星之卡比吧,与粉色汤圆一同玩耍!

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By小狸卡

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