第三階段應用層——1.4 數碼相冊—FreeType介紹

數碼相冊——FreeType介紹

• 硬件平臺：韋東山嵌入式Linxu開發板（S3C2440.v3）
• 軟件平臺：運行於VMware Workstation 12 Player下UbuntuLTS16.04_x64 系統
• 參考資料：《嵌入式Linux應用開發手冊》、《嵌入式Linux應用開發手冊第2版》、【FreeType教程】、【FreeType2使用總結】
• 開發環境：Linux 3.4.2內核、arm-linux-gcc 4.3.2工具鏈

---

一、FreeType簡要介紹

FreeType是一個軟件字體引擎，被設計成小、高效、可定製和可移植，同時能夠產生高質量的輸出(字形圖像)。它可以用於圖形庫、顯示服務器、字體轉換工具、文本圖像生成工具以及許多其他產品。

支持單色位圖、反走樣位圖的渲染。FreeType庫是高度模塊化的程序庫，雖然它是使用ANSI C開發，但是採用面向對象的思想，因此，FreeType的用戶可以靈活地對它進行裁剪。

在嵌入式環境中，可以只編譯那些你的嵌入式工程或環境需要的模塊，從而有效的減小FreeType 2 的代碼大小。

廢話少說，下面結合FreeType的官方教程來進行代碼介紹與編程步驟總結。

二、簡單的字形裝載過程的描述

1.頭文件

• 在使用時候，需要包含下列頭文件：
  在FreeType中有許多頭文件的宏定義，需要添加ft2build.h文件纔可以使用這些宏定義。

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H

2.庫初始化

這調用的函數爲FT_Init_FreeType()

• 原型

  FT_Init_FreeType( FT_Library  *alibrary );

• 參數解析
  ·FT_Library * alibrary：A handle to a new library object.（一個新庫對象的句柄）
• 返回值
  成功執行：0，錯誤執行：FreeType error code（錯誤碼）
• 調用案例

FT_Library  library;
...
error = FT_Init_FreeType( &library );
if ( error )
{
  ... an error occurred during library initialization ...
}

3.加載字體

• 函數原型

FT_New_Face( FT_Library   library,
               const char*  filepathname,
               FT_Long      face_index,
               FT_Face     *aface );

• 參數
• FT_Library library — A handle to the library resource（庫資源的句柄）.
• const char * filepathname — A path to the font file（字體文件的路徑）.
• FT_Long face_index — The index of the face within the font. The first face has index 0（字體中face的索引。第一個face的索引爲0）.
• FT_Face * aface — A handle to a new face object. If ‘face_index’ is greater than or equal to zero, it must be non-NULL. See FT_Open_Face for more details（一個新face對象的句柄。如果FACE_INDEX大於或等於零，則必須爲非NULL）.
• 返回值
  成功執行：0，錯誤執行：FreeType error code（錯誤碼）
• 調用案例

	FT_Library  library;   /* handle to library     */
	FT_Face     face;      /* handle to face object */
	
	error = FT_Init_FreeType( &library );
	if ( error ) { ... }
	
	error = FT_New_Face( library,
	                     "/usr/share/fonts/truetype/arial.ttf",
	                     0,
	                     &face );
	if ( error == FT_Err_Unknown_File_Format )
	{
	  ... the font file could be opened and read, but it appears
	  ... that its font format is unsupported
	}
	else if ( error )
	{
	  ... another error code means that the font file could not
	  ... be opened or read, or that it is broken...
	}

4.訪問face數據

可以通過face句柄進行訪問

• 原型

typedef struct  FT_FaceRec_
  {
    FT_Long           num_faces;
    FT_Long           face_index;

    FT_Long           face_flags;
    FT_Long           style_flags;

    FT_Long           num_glyphs;

    FT_String*        family_name;
    FT_String*        style_name;

    FT_Int            num_fixed_sizes;
    FT_Bitmap_Size*   available_sizes;

    FT_Int            num_charmaps;
    FT_CharMap*       charmaps;

    FT_Generic        generic;

    /*# The following member variables (down to `underline_thickness') */
    /*# are only relevant to scalable outlines; cf. @FT_Bitmap_Size    */
    /*# for bitmap fonts.                                              */
    FT_BBox           bbox;

    FT_UShort         units_per_EM;
    FT_Short          ascender;
    FT_Short          descender;
    FT_Short          height;

    FT_Short          max_advance_width;
    FT_Short          max_advance_height;

    FT_Short          underline_position;
    FT_Short          underline_thickness;

    FT_GlyphSlot      glyph;
    FT_Size           size;
    FT_CharMap        charmap;

    /*@private begin */
    FT_Driver         driver;
    FT_Memory         memory;
    FT_Stream         stream;

    FT_ListRec        sizes_list;

    FT_Generic        autohint;   /* face-specific auto-hinter data */
    void*             extensions; /* unused                         */

    FT_Face_Internal  internal;
    /*@private end */
  } FT_FaceRec;

5.設置字體像素大小

這裏也有兩種方式：
1、調用FT_Set_Char_Size()函數

• 原型：

 FT_Set_Char_Size( FT_Face     face,
                    FT_F26Dot6  char_width,
                    FT_F26Dot6  char_height,
                    FT_UInt     horz_resolution,
                    FT_UInt     vert_resolution );

• 參數解析
• char_width（字符的寬度）：The nominal width, in 26.6 fractional points. 設置爲0時，char_width = char_height
• char_height（字符的高度）：The nominal height, in 26.6 fractional points. 設置爲0時，char_width = char_height
• horz_resolution（水平方向的分辨率）：The horizontal resolution in dpi. 設置爲0時，horz_resolution = vert_resolution
• vert_resolution （垂直方向的分辨率）：The vertical resolution in dpi. 設置爲0時，horz_resolution = vert_resolution
  通過查看官方文檔可以知道：
  高度和寬度的單位是 $\frac{1}{64}$ point，1 point $=\frac{1}{72}$ inch，分辨率的單位是dpi——每英寸點數
  即
  1 單位的高度或寬度 $=\frac{1}{64}$ point，1 point $=\frac{1}{72}$ inch，1 單位分辨率 $=1 d p i$
  所以
  1 單位的高度或寬度的物理長度 $=\frac{1}{64*72}$ inch
  則
  x單位的高度或寬度，y單位分辨率，其字符高度的像素爲
  $=\mathrm{x}^{*}\left(\frac{1}{64} * \frac{1}{72}\right)$ inch $* \mathrm{y} d p i=\frac{\mathrm{x}^{*} \mathrm{y}}{64^{*} 72}$ pixel
• 調用實例

	error = FT_Set_Char_Size(
	          face,    /* handle to face object           */
	          0,       /* char_width in 1/64th of points  */
	          16*64,   /* char_height in 1/64th of points */
	          300,     /* horizontal device resolution    */
	          300 );   /* vertical device resolution      */

2、對於上面的函數太過複雜，若只關心像素大小，可以使用FT_Set_Pixel_Sizes()

• 原型

 FT_Set_Pixel_Sizes( FT_Face  face,
                      FT_UInt  pixel_width,
                      FT_UInt  pixel_height );

• face（目標對象face的句柄）：A handle to the target face object.
• pixel_width（寬度，單位爲像素）：The nominal width, in pixels. 設置爲0時，pixel_width= pixel_height
• pixel_height（高度，單位爲像素）：The nominal height, in pixels. 設置爲0時，pixel_width= pixel_height
  此時設置pixel_width = 100，其高度像素就是100pixel，沒有複雜的轉換公式了。

6.加載字形圖像

這裏有兩種方法：

1. 先調用glyph_index = FT_Get_Char_Index( face, charcode )得到當前字符在face中的glyph字形索引；後調用FT_Load_Glyph(face, glyph_index, load_flags )，根據得到的glyph字形索引，將字形圖像加載到slot插槽中；最後調用FT_Render_Glyph（face-> glyph， render_mode），將其轉換爲位圖。
2. 直接調用FT_Load_Char（face，text [n]，FT_LOAD_RENDER），來替代上面的過程。

7.簡單的文本渲染

可以採用如下方式;

1. 設置旋轉角度：angle = ( 0.0 / 360 ) * 3.14159 * 2，0.0代表旋轉0度，可以按照自己要求設置
2. 設置矩陣（用來旋轉字體的時候用）：

	matrix.xx = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );
	matrix.xy = (FT_Fixed)(-sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yx = (FT_Fixed)( sin( angle ) * 0x10000L );
	matrix.yy = (FT_Fixed)( cos( angle ) * 0x10000L );

3. 設置字符原點
   注意：此時在FreeType中使用的是笛卡爾座標，而我們LCD中顯示的座標與轉換原理如下：
   

	pen.x = 300 * 64;
	pen.y = ( target_height - 200 ) * 64;

4. 在循環中執行設置轉換參數、渲染文本、存儲文本點陣信息

	for ( n = 0; n < num_chars; n++ )
	{
		/* 設置轉換參數 */
		/* set transformation */
		FT_Set_Transform( face, &matrix, &pen );

		/* FT_Load_Char == FT_Load_Glyph、FT_Get_Load_Char、FT_Get_Char_Index 
		 * FT_LOAD_RENDER : 渲染 Glyph圖像立刻變爲位圖
		 */
		/* 得到字符點陣 */
		/* load glyph image into the slot (erase previous one) */
		error = FT_Load_Char( face, text[n], FT_LOAD_RENDER );
		if ( error )
	  		continue;                 /* ignore errors */

		/* 存儲點陣信息 */
		/* now, draw to our target surface (convert position) */
		draw_bitmap( &slot->bitmap,
	             slot->bitmap_left,	/* 笛卡爾座標的x */
	             target_height - slot->bitmap_top /* 笛卡爾座標的y */);

		/* increment pen position */
		pen.x += slot->advance.x;
		pen.y += slot->advance.y;
	}