动态字体的贴图管理

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动态字体的贴图管理

汉字的显示，是基于 3d api 的图形引擎必须处理的问题。和西方文字不同，汉字的字形很难全部放在一张贴图上，尤其是游戏中有大小不同的字体的需求更是如此。即使放下，也很浪费内存或显存。如果不想申请很大的贴图来存放汉字字形，图形引擎往往需要做动态字形贴图的处理。

即，动态生成一张贴图，把最近常用的汉字画在上面。几乎所有成熟的基于 3d api 的图形引擎都需要有相关的模块才可以对汉字更好的支持。但我到目前为止，还没有看到有把这个模块独立出来的。大多数开源引擎都是在自己的框架内来实现差不多的功能。我觉得，这部分管理功能和如何管理贴图其实没有关系、和取得字形的方法也没有关系、不必和 3d api 打交道，也不用涉及到底用 freetype 还是 os 自带的 api 取得汉字字形，所以值得独立实现。

我们的需求本质上是对一张贴图的区块进行管理。每个汉字都占据其中的一小块。当贴图填满时，最久没有用过的汉字块可以被淘汰掉，让新的汉字覆盖上去。同样的字体的最大高度是相同的，可以排列在一行，但宽度可以不同。横向排列时，少许的空洞的允许的。

我设计了如下接口：

struct dfont_rect {
    int x;
    int y;
    int w;
    int h;
};

struct dfont * dfont_create(int width, int height);
void dfont_release(struct dfont *);
const struct dfont_rect * dfont_lookup(struct dfont *, int c, int height);
const struct dfont_rect * dfont_insert(struct dfont *, int c, int width, int height);
void dfont_flush(struct dfont *);

用 create/release 创建/删除一个管理对象，管理一张指定大小的贴图。贴图本身并不在这个管理对象内，它只负责管理贴图的空间划分。

可以用 insert 来创建一个指定宽高的矩形空间，并为这个空间指定一个 id 。这个 id 一般用汉字的 unicode 即可。insert 会返回一个矩形区域，如果贴图满了，且无法腾出空间，则返回空。禁止创建高度相同的相同 id 。

lookup 可以用于查询一个指定高度的 id ，如果贴图上不存在，则返回空。lookup 会记录这个字最近被使用过，不会被立刻淘汰。

贴图上创建的字型块，在调用 dfont_flush 之前都一定保留。调用 dfont_flush 后，如果贴图满，会淘汰最久没有使用的等高的字形空间。

我把一个开源实现放在 github 上了。不过暂时还没有放在任何项目中用，程序结构略微复杂，所以很可能有 bug 。

具体使用时，每次渲染一个汉字，可以先 lookup 查询过去是否创建过，如果没有，则算出这个字的尺寸，调用 insert 得到一个新的矩形空间，然后取得汉字的位图，上传到贴图的指定区域。每帧渲染完毕，调用一次 dfont_flush 即可。

一般情况下，创建一张 2048 宽的 dfont 对象大约就够用了。但是在字形的淘汰过程中，可能会导致贴图内有空洞（如果能保证尺寸相同，则不会产生这个结果），所以可能会比预想的少排一些字在贴图上。所以实际用的时候，可以考虑创建多创建一个 dfont 对象，交替使用，定期切换。