Обзоры
ClearType: внесем ясность
29

ClearType: внесем ясность

История появления этой технологии уводит нас в далекое прошлое, а точнее, в те времена, когда появились первые персональные компьютеры. И связана она, скорее, с именами Стивена Возняка и Стивена Джобса, нежели Билла Гейтса и Билла Хилла. Именно в компании Apple при разработке компьютера Apple II возникла идея использовать последовательное расположение составных частей (субпикселов), образующих элементарную точку в любом цветном мониторе для повышения качества черно-белых изображений. Однако в виде отдельного продукта и с таким названием ClearType появилась уже под знаменами Microsoft.

На осенней выставке Comdex/Fall’98 Билл Гейтс в своем ключевом докладе представил уважаемой публике инновационную технологию отображения шрифтов на жидкокристаллических панелях. С помощью автора "изобретения" Билла Хилла он продемонстрировал ее уникальные возможности по сглаживанию и детализации начертания символов. Отличное качество изображения произвело впечатление на аудиторию: исключительно программным путем разрешение LCD-дисплея поднимается до невиданных ранее значений. Однако тут нет ничего мистического или сложного — принципы субпиксельной технологии просты как все гениальное.

Если вы, уважаемый читатель, смогли заставить себя прочесть хотя бы половину обзора технологий изготовления жидкокристаллических дисплеев, опубликованного в прошлом номере нашего еженедельника, то вы просто обязаны были задуматься над расточительностью инженеров, создающих цветные панели, содержащие втрое больше активных пикселов, нежели в действительности используется в режиме максимально доступного разрешения. Субпиксельная методика отображения шрифтов, которая в изложении Microsoft получила звучное название ClearType, стала возможной как раз благодаря этим "лишним" ЖК-ячейкам. Для тех, кто не читал обзора, вкратце напомню суть вопроса.

В цветных дисплеях на основе жидких кристаллов для отображения различных оттенков используются горизонтально расположенные триады обыкновенных "черно-белых" ЖК-ячеек. Окраску им придают полоски цветовых фильтров, образующие классическую комбинацию из красного, зеленого и синего цветов. Разнообразные оттенки получаются в результате варьирования интенсивности света, проходящего через отдельные ячейки триады (градации яркости). В отличие от катодно-лучевых мониторов, в которых триады разноцветных фосфорных точек составляют обособленные треугольники, в ЖК-панелях они выстроены в линию. Таким образом, фактическое разрешение цветной панели по горизонтали должно троекратно превышать реально используемое.

Если бы удалось задействовать "лишние" пикселы в черно-белых изображениях, то это решило бы большинство проблем, которые преследуют разработчиков компьютерных шрифтов: ступенчатость любых наклонных деталей знака, грубый попиксельный кернинг (управление расстоянием между символами), сложность реализации полужирных и наклонных вариантов начертания. При попытке выполнить обычное сглаживание появляются расплывчатость и неясность изображения. Более того, сглаживание вообще неприменимо в случае малого размера шрифта, где каждый лишний пиксел приводит к искажению буквы до неузнаваемости.

Использование прилегающих к краям символа цветных субпикселов, принадлежащих соседним пикселам, позволяет избавиться от видимой ступенчатости, а также троекратно повышает точность их позиционирования. Конечно, при этом вокруг букв возникает цветной ореол или "бахрома", однако человеческий глаз имеет свойство не замечать подобных огрехов, причисляя это пестрое микроскопическое "конфетти" к фоновому белому цвету (рис. 1).

Рис. 1

Результат работы субпиксельной технологии производит неизгладимое впечатление на пользователей ЖК-мониторов. Текст приобретает невиданную доселе четкость и изящность. Однако не так все просто в этом мире, и субпиксельная технология — не исключение. Во-первых, она пригодна только для вывода контрастных черно-белых изображений, иначе цветные ореолы становятся заметными. Во-вторых, в вертикальном направлении разрешение остается прежним, значит, текст, не ориентированный строго горизонтально, оказывается вне поля ее действия. В-третьих, не все производители придерживаются одного порядка расположения полос фильтра, некоторые используют последовательность R-G-B, другие — B-G-R. Следовательно, в установках программного обеспечения (драйвера, ОС и т. п.) необходимо предусмотреть переключатель, который может работать автоматически, если аппаратное обеспечение явным образом поддерживает субпиксельные шрифты, или оставлять эту опцию на усмотрение пользователя.

Рис. 2

Помимо вышеупомянутых глобальных недостатков, существует проблема так называемого локального цветового дисбаланса. Ее суть заключается в не всегда удачном наложении шрифта на полосы цветового фильтра. Очень часто складывается крайне неприятная ситуация, когда в соседних пикселах оказываются незатемненными субпикселы одного цвета. В результате проявляется феномен преобладающей окраски, и человек начинает четко различать искажение цветности символов (рис. 2). Поэтому использовать технологию в ее первозданном виде практически невозможно. Избежать дисбаланса позволяет методика фильтрации, согласно которой интенсивность активного субпиксела, участвующего в формировании символа, распределяется между рядом стоящими (рис. 3). Если в этом процессе задействовано два его ближайших соседа, то каждому из них присваивается значение в 1/3 от первоначально заданного. Для большего числа субпикселов коэффициенты распределения подбираются так, чтобы интенсивность снижалась с удалением от активного субпиксела, но в сумме они опять должны приводить к заданному значению. Фильтрация немного снижает четкость изображения, но зато полностью устраняет искажения цветов.

Рис. 3

Несмотря на ограничения, субпиксельная технология остается чрезвычайно коммерчески привлекательной. 30 августа прошлого года была анонсирована первая программа с логотипом ClearType — Microsoft Reader, предназначенная для чтения электронных книг. Три месяца назад представили ее модификацию, ориентированную на новую платформу Pocket PC. Устройства и ПО для работы с e-книгами способны занять значительную долю рынка мобильных компьютеров. Если начнется процесс вытеснения печатных изданий электронными, субпиксельные шрифты могут принести колоссальные прибыли, так как они решают извечную дилемму: "цветной, но с низким разрешением" или "с высоким разрешением, но черно-белый".

Рис. 4

И вновь возникает уже отнюдь не риторический вопрос: кто был первым? Основные протесты в средствах массовой информации породило не собственно заявление о приоритете, а следующее из него намерение Microsoft зарегистрировать ClearType как свою интеллектуальную собственность. По мнению критиков, это ограничит разработчикам доступ к простому в реализации методу повышения качества экранных шрифтов.

Сглаживание наклонных линий с помощью периодического сочетания пурпурного и зеленого субпикселов, принадлежащих разным пикселам (рис. 4), реализованное в дисплее Apple II еще в середине 70-х, широко обсуждалось и даже было описано в руководстве "Microsoft BASIC Interpreter Reference Manual". Срок действия патентов Apple истек примерно в 1993 г, сделав этот алгоритм общественным достоянием.

До и после использования субпиксельной технологии

Еще одно более похожее на ClearType воплощение субпиксельного подхода использовано уже в 90-е годы филиалом Xerox — компанией dpiX — в плоском дисплее высокого разрешения. Представители фирмы заявили, что не стали патентовать технологию, поскольку она уже многие годы применялась в военной промышленности.

Справедливости ради следует заметить, что пока не известно, что именно собирается лицензировать Microsoft, так же как до конца не ясна суть ее конкретной реализации субпиксельного алгоритма.

Впрочем, ждать осталось недолго. Устройства Pocket PC с ClearType будут выпущены уже в середине апреля, и мы наконец узнаем, насколько оригинальным и, что гораздо более важно, насколько востребованным на рынке окажется творение гиганта из Редмонда.


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: