超级新手理解的字体渲染

1 啥是字体渲染

所谓字体渲染，就是把指定的字形用像素表示出来，由于大部分显示设备的像素都是方形或长方形的小格子，所以也叫栅格化。字形是一种特殊的图形，专门用来表示字符，所以字体渲染也是图形渲染的重要组成部分，属于计算机图形学范畴。

2 目前主要的渲染方式

渲染方式本身与字体原型设计有直接关系，所以先说说字体的设计方式。大体上字体设计可以分成位图字体（点阵字体）和矢量字体。位图字体，就是用01双色位图表示特定位置的像素是否有颜色，本身就是一个2色位图。而矢量字体则使用数学公式表示字体的形状，渲染的时候需要根据缩放比例重新计算特定位置像素的颜色值。位图字体的优点是渲染简单快速，缺点是放大缩小都会引起失真；矢量字体的优缺点与位图字体恰恰相反。对于Windows系统自带的字体来说，fixed system font就是位图字体，而绝大部分的其他字体，如宋体、楷体则一般都是矢量字体。

2.1 黑白渲染

这是渲染点阵字体的唯一方式，字形对应的每个像素非黑即白。当然这里的黑白指的并不是黑色白色两种颜色，而是说有没有颜色。下面是一个黑白渲染的放大图，清楚显示了每个像素的着色情况。

2.2 灰度渲染

对于矢量字体而言，字形中的每个部分并不是同样重要的，比如字形的边缘部分通常比较淡一些，这也是符合实际生活中的字体特征的。渲染时，首先精确计算出特定像素被字形覆盖的比例，如果某个像素被完全覆盖，则100%赋予颜色值，如果像素被部分覆盖，其颜色值则会根据覆盖比例给出。如下图：

2.3 次像素渲染

现在大部分的显示设备都是彩色的了，也就是说每个像素可以发出黑白灰之外的彩色。特别是对于LCD显示设备来说，每个像素对应于三个颜色分量部分，每个部分都可以单独控制。这样渲染矢量字体时，就根据像素被覆盖比例以及其所处位置，被赋予特定的颜色值。也就是调整字形边缘部分像素的颜色分量。这样控制的级别就比像素更小了，从而被叫成了“次像素”渲染。一般而言，左侧边缘和右侧边缘被赋予不同的颜色，从而产生立体感。如下图：

上面字体的颜色其实是黑色的，不过由于次像素渲染，导致边缘部分出现了彩色。

3 小小实验

凡事要自己动手才能真正有所体会。其实查看字体的渲染方式非常简单，只要截图后放大显示，就可以清晰识别出采用了什么渲染技术。前面给出的例子我是这么做出来的：

（1）对于黑白渲染。运行Windows自带画图软件，输入字符，然后设置字体为fixed system font。这个字体是点阵字体，所以就采用了黑白渲染。

（2）对于灰度渲染。由于这是Windows XP的默认渲染方式，所以需要在Windows XP上运行自带画图软件，然后输入字符，设置字体为宋体。

（3）对于次像素渲染。这是Windows vista及以后系统默认渲染方式，所以需要在Windows Vista或以后版本的系统中运行自带画图软件，输入字符，并设置字体为宋体。

输入字符之后，放大显示就可以清楚看出渲染的结果了。

4 其他

各个软件字体渲染的实际情况并不相同，即便同样的字体和同样的“次像素”渲染方式，Windows 8和Mac OS X以及Android， IOS实际的渲染效果并不完全相同。实际使用中，我们能明显感觉到在普通液晶显示器上，Windows系统的字体显示时边缘清晰，而Mac OS X则有些边缘模糊。这是两种不同的策略，Windows渲染字体时，适当四舍五入了部分边缘像素，从而导致边缘更清晰；而Mac OS X则忠诚的渲染了字体当初设计的边缘效果，然而在非视网膜屏上表现反而有些模糊了。然而一旦采用了视网膜屏，Mac OS X就会表现出所有细节，从而看起来更加圆润。

针对不同的显示设备，需要不同的渲染方式。如针对分辨率不高的LED屏，黑白渲染更加合适；对于高分辨率的打印机，抗锯齿则完全没有必要。