freetype庫及其應用

一、背景介紹

freetype是一個高質量、自由、開源的字體引擎庫，它是一個完全獨立的、非商業性質的項目，主要用於在各種不同的平台上來處理字體，從而使得字體渲染可以更精細、更適應不同的設備。它可以讀取多種字體文件格式，如TrueType、PostScript Type1、OpenType等，同時提供對字形輪廓的處理和渲染，可以將文本渲染為點陣圖、向量圖和像素柵格圖。

二、安裝和使用freetype庫

1、下載和安裝

官網下載地址為：http://www.freetype.org/download.html。安裝方式為下載對應版本的源碼，解壓後進行編譯安裝。

// 下載並解壓縮freetype源碼包
wget http://downloads.sourceforge.net/project/freetype/freetype2/2.10.0/freetype-2.10.0.tar.gz
tar zxvf freetype-2.10.0.tar.gz

// 進入解壓後的目錄
cd freetype-2.10.0

// 編譯安裝
./configure
make
sudo make install

2、示常式序

以下是使用freetype庫的一個簡單示常式序，它實現了將一段文本轉換成點陣圖，並保存成png格式的圖片。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType庫
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打開字體文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 設置字體大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 遍歷字元串
    const char *text = "hello, world!";
    for (int i = 0; text[i]; i++) {
        // 載入當前字元的字形
        FT_Load_Char(face, text[i], FT_LOAD_RENDER);

        // 處理字形的點陣圖數據
        FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;

        // 保存點陣圖數據成png圖片
        char filename[64];
        sprintf(filename, "char_%c.png", text[i]);
        stbi_write_png(filename, bitmap.width, bitmap.rows, 1, bitmap.buffer, bitmap.pitch);
    }

    // 釋放資源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    return 0;
}

三、使用freetype庫進行文字渲染

1、字元編碼

freetype庫支持多種字元編碼方式，如Unicode、ASCII、ISO-8859等。用戶可以根據需要選擇不同的編碼方式。

以下是一個示常式序，它實現了將Unicode編碼的字元串轉換成點陣圖，並顯示在屏幕上。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType庫
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打開字體文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 設置字體大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 設置字元編碼
    FT_Select_Charmap(face, FT_ENCODING_UNICODE);

    // 創建點陣圖緩衝區
    unsigned char *buffer = malloc(width * height);

    // 渲染文字到點陣圖緩衝區
    const wchar_t *text = L"hello, world!";
    FT_ULong charcode;
    FT_UInt glyph_index;
    int pen_x = 0, pen_y = 0;
    for (int i = 0; text[i]; i++) {
        // 轉換字元編碼
        charcode = text[i];
        glyph_index = FT_Get_Char_Index(face, charcode);

        // 載入當前字元的字形
        FT_Load_Glyph(face, glyph_index, FT_LOAD_DEFAULT);
        FT_Render_Glyph(face->glyph, FT_RENDER_MODE_NORMAL);

        // 處理字形的點陣圖數據
        FT_Bitmap bitmap = face->glyph->bitmap;
        for (int y = 0; y < bitmap.rows; y++) {
            for (int x = 0; x glyph->advance.x >> 6;
        pen_y += face->glyph->advance.y >> 6;
    }

    // 將點陣圖緩衝區顯示到屏幕上
    show_bitmap(buffer, width, height);

    // 釋放資源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    free(buffer);
    return 0;
}

2、字形輪廓

freetype庫可以讀取字體文件中的字形輪廓數據，用戶可以利用這些數據進行複雜的字形變換、路徑操作和渲染效果。以下是示例代碼，演示了如何將一個字形旋轉並輸出到PNG圖片中。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

int main(int argc, char **argv) {
    // 初始化FreeType庫
    FT_Library  library;
    FT_Init_FreeType(&library);

    // 打開字體文件
    FT_Face face;
    FT_New_Face(library, "font.ttf", 0, &face);

    // 設置字體大小
    FT_Set_Char_Size(face, 0, 16*64, 300, 300);

    // 載入字元的字形
    FT_Load_Glyph(face, FT_Get_Char_Index(face, 'A'), FT_LOAD_DEFAULT);

    // 獲取字形的輪廓點集
    FT_Outline outline = face->glyph->outline;

    // 初始化畫布
    int width = 600, height = 600;
    unsigned char *buffer = malloc(width * height);
    memset(buffer, 255, sizeof(unsigned char) * width*height);

    // 繪製輪廓點集
    for (int i = 0; i < outline.n_contours; ++i) {
        int start = outline.contours[i];
        int end = i+1 < outline.n_contours ? outline.contours[i+1] : outline.n_points;

        // 順時針方向繪製輪廓
        for (int j = start, k = start; j < end; ++j) {
            if (j == outline.contours[k]) {
                k++;
            }

            FT_Vector v = outline.points[j];
            buffer[(v.y + 300) * width + (v.x + 300)] = 0;
        }
    }

    // 旋轉畫布並輸出到png
    rotate_and_save_image(buffer, width, height, "output.png");

    // 釋放資源
    FT_Done_Face(face);
    FT_Done_FreeType(library);
    free(buffer);
    return 0;
}

四、常見問題解答

1、如何在不同平台上使用freetype庫？

不同平台上使用freetype庫的方式有所不同，可以參考官方文檔和示例代碼。通常需要先在系統上安裝freetype庫，然後在編譯時指定庫文件的路徑和頭文件的路徑。

2、如何處理不同字體大小？

freetype庫提供了多個函數來處理不同字體大小，可以使用FT_Set_Char_Size()或FT_Set_Pixel_Sizes()等函數來設置字體大小，也可以使用FT_Matrix或FT_Vector來對字形進行變換，從而實現更加豐富的效果。

3、如何處理不同字體格式？

freetype庫可以讀取多種字體格式，如TrueType、PostScript Type1、OpenType等。用戶只需在打開字體文件時指定正確的文件格式即可。