ClearType (от англ. «чистый шрифт») — метод сглаживания текста на определённых видах компьютерных мониторов (особенно на ЖК), основанный на технологии SubPixel Rendering, зарегистрированный корпорацией Microsoft.

История

Впервые эта технология в том виде, в котором она сейчас есть, представлена на Comdex Fall 1998. В потребительском ПО ClearType появился в 2000 году в составе Microsoft Reader. Windows XP позволила всем программам (даже старым) сглаживать текст с помощью ClearType. Apple использует ClearType по договору кросс-лицензирования.

ClearType входит в состав DirectX 10 — любая видеоплата, поддерживающая DirectX 10, может делать субпиксельный рендеринг символов без участия центрального процессора.

Дальнейшее развитие данной технологии получило название Natural ClearType^[1]. Эта технология входит в состав DirectX 11. Если в Windows XP ClearType для обратной совместимости не менял ширину текста, то Natural ClearType уже может это делать — но и представляет собой особое API, недоступное для старых программ.

Технология ClearType поддерживается также в Linux.

Как работает ClearType

В ЭЛТ-мониторах расположение красных, зелёных и синих светоизлучающих элементов никак не связано с пиксельной решёткой. На жидкокристаллических же дисплеях каждый пиксель состоит из трёх таких элементов: красного, зелёного и синего. Эти элементы (назовём их субпикселями) являются прямоугольниками шириной 1/3 пикселя и высотой 1 пиксель, и расположены они строго по порядку. Обычно графическое ПО рассматривает пиксель как единое целое. ClearType же воспринимает субпиксели как самостоятельные структурные единицы.

Алгоритм работы ClearType состоит из двух шагов.

Шаг 1. Субпиксельный рендеринг

Текст отрисовывается с горизонтальным разрешением, втрое большим, чем требуемое. Каждый пиксель полученного текста соответствует одному субпикселю экрана. Полученный результат схематически изображён на рисунке слева (линии 6, 7).

На рисунке результирующая линия (3) имеет белый цвет, так как её ширина составляет ровно три субпикселя. Часто толщина линий не делится на 3, используются не все субпиксели, и части объекта, отображённые в них, имеют явный цветной оттенок. Для подавления этих цветовых перепадов применяется второй шаг.

Шаг 2. Распределение яркости

На втором шаге текст размывается в горизонтальном направлении — то есть, часть яркости, например, красного субпикселя, передаётся его зелёному и синему соседям.

Интенсивность каждого субпикселя вычисляется по формуле

где V_-2 — исходная интенсивность субпикселя, который находится на 2 левее рассматриваемого, V_-1 — исходная интенсивность субпикселя слева от рассматриваемого, и т. д.; a, b и c — такие коэффициенты, что 2a + 2b + c = 1. Классикой являются , , .

Таким образом, яркость каждого субпикселя распределяется между пятью смежными субпикселями, и цветные артефакты становятся менее заметными.

Данный алгоритм распределения яркости рассчитан на дисплеи, у которых все пиксели имеют одинаковое расположение субпикселей (например, R-G-B). Если в разных строках последовательность субпикселей разная, уровень размытия можно уменьшить, либо вообще обойтись без этого шага.

Почему это действует

Наши глаза могут воспринять как контраст цветов, так и контраст яркостей. Но на малых масштабах контраст цветов воспринимается почти в три раза слабее, поэтому текст, отображённый с помощью ClearType, выглядит монохромным и гладким. При внимательном рассмотрении вокруг текста можно увидеть красно-синие «разводы», однако на чтение при нормальных условиях они не оказывают влияния.

Роль горизонтального расположения субпикселей

Горизонтальное (а не вертикальное) расположение субпикселей друг относительно друга играет важную роль в работе ClearType. Повышение горизонтального разрешения в три раза позволяет варьировать межсимвольный интервал, более реалистично отображать жирный шрифт и курсив, а также точнее задавать ширину символов.

Более того, поскольку текст и так размыт в горизонтальном направлении с радиусом в 2 субпикселя, ClearType’ированные символы можно сдвигать влево-вправо без потери качества с шагом в 1/256 субпикселя^[2]. Ни в Windows Vista, ни в Mac OS эта техника не применяется (но применяется в Adobe Acrobat и Natural ClearType, появившемся в Windows 7^[1]).

Если субпиксели расположить один под другим (как в повёрнутом на 90° ЖК-мониторе), механизм субпиксельного рендеринга повысил бы вертикальное разрешение, что менее полезно. В Windows Vista, Windows XP Tablet PC Edition и FreeType есть поддержка такого расположения субпикселей (под названием Y-direction anti-aliasing в Windows и vRGB/vBGR в FreeType). Качество текста при таком выводе существенно ниже.

ClearType на ЭЛТ-мониторах

ClearType не работает на ЭЛТ-мониторах и ЖК-мониторах в нештатном разрешении (у которых нет доступа к отдельным светоизлучающим элементам), а также на DLP-проекторах (у которых пиксель не делится на субпиксели). Тем не менее, и на них ClearType’ированный текст выглядит лучше несглаженного, так как субпиксельный рендеринг является вариантом сглаживания. Хотя в Windows XP качественное сглаживание имеется как часть ClearType, в «чистом» виде оно отсутствует. Именно по этой причине некоторые пользователи любят включать ClearType на ЭЛТ-мониторах.

Хотя на кинескопах со щелевой маской (Trinitron, Diamondtron, Flatron) полосы люминофора похожи на субпиксели ЖК-монитора, всё равно программного доступа к каждому из отдельных светящихся элементов нет. Поэтому и на них ClearType помогает ровно настолько, насколько помогает сглаживание.

С помощью некоторых программ (например, [1]) можно сравнить ClearType и обычное сглаживание. На ЭЛТ-мониторах большинство людей предпочитают именно сглаживание.

Ограничения ClearType

• ClearType имеет смысл применять только на ЖК-, газоразрядных, светодиодных, экранах ноутбука и прочих экранах, в которых цветное изображение получается делением пикселя на субпиксели, расположенные друг относительно друга по горизонтали.
• Экран должен работать в своём штатном разрешении: логический пиксель операционной системы должен совпадать с физическим пикселем экрана. Увеличение или уменьшение путём интерполяции практически не влияет на внешний вид текста с обычным антиалиазингом, но делает ClearType’ированный шрифт размытым.
• Порядок субпикселей в пикселе (R-G-B или B-G-R) должен быть заранее известен. ClearType Switch).

• ClearType даёт хорошие результаты только при выводе тёмного текста на светлом фоне или светлого текста на тёмном фоне. Наибольшее качество получается, если чёрный текст выводить на белом фоне (или наоборот). Попытки вывода цветного текста или использования цветного фона не дают высокого качества конечного изображения, так как часть субпикселей не задействована. Например, если выводить белый текст на красном фоне, красные субпиксели будут зажжены и для текста, и для фона.
• ClearType, как и любой другой тип антиалиазинга, чувствителен к гамме монитора. На некачественных мониторах без надлежащей гамма-коррекции ClearType’ированный текст может быть совсем чёрным или очень бледным.

По первым трём причинам ClearType нельзя использовать, если подготавливаемый рисунок должен корректно отображаться на любом мониторе, а не только на том, на котором он подготовлен. В частности, по этой причине ClearType отсутствует в программах наподобие Adobe Photoshop. При подготовке скриншотов также правилом хорошего тона будет выключение ClearType.

ClearType мешает людям с повышенным чувством цвета, особенно на низких dpi — для них края шрифтов начинают «подтекать» розовым, голубым или светло-зелёным цветом, вызывая чувство дефектности дисплея. Им рекомендуется ClearType полностью отключить и оставить только стандартный метод сглаживания. По мнению одного из разработчиков подсистемы ClearType для Windows:^[3]

Некоторые^[кто?] считают, что CT не имеет долгосрочной перспективы: с развитием качества и разрешающей способности дисплеев будет достаточно универсального сглаживания, и использование неуниверсального ограниченного сглаживания наподобие ClearType станет бессмысленным.

Как отключить ClearType

В попытках сделать пользовательский интерфейс независимым от физических размеров шрифта (это упрощает разработку ПО и его локализацию), Microsoft в Windows Vista держит ClearType включённым по умолчанию и не позволяет его отключить через пользовательский интерфейс. Тем не менее, это можно сделать (не отключая при этом встроенный 3D Desktop Windows Aero) путём правки реестра:

Для отключения ClearType в Windows Vista и Windows 7 запустите редактор реестра и измените значение следующего ключа с 2 на 1:

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\FontSmoothingType = 1 (по умолчанию 2)

Для отключения сглаживания любого типа измените:

HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\FontSmoothing = 1 (по умолчанию 2)

Пользователи, которые переходят от Windows XP/2000 на Windows Vista или Windows 7 также могут сменить шрифт Segoe UI 9pt на Tahoma 8pt и Trebuchet MS 10pt (в соответствии с классической схемой Windows XP)

Тем не менее, полностью избавиться от ClearType в Windows Vista стандартными средствами невозможно, шрифты, подобные Segoe UI (со встроенной моделью сглаживания ClearType) будут в 3d-режиме отображаться только в ClearType, независимо от установок в реестре. Физическое их удаление тоже весьма проблематично, даже из-под учётной записи администратора.

Возможные варианты решения — это удаление их из дистрибутива ОС, или физическое удаление с диска специализированными программами, но это может повлечь плохо прогнозируемые ошибки, так этот шрифт во многих случаях используется программами по умолчанию. Другая возможность — это отредактировать эти шрифты специализированным программным обеспечением и удалить встроенную модель сглаживания ClearType, но подобные действия, как отключение 3d-десктопа, всё равно не приобретают полного удовлетворительного решения, так как Segoe UI не оптимизирован на стандартный режим сглаживания, а только на ClearType.

В Windows 7 можно отключить ClearType через пользовательский интерфейс (соответствующий пункт находится в меню панели управления «Экран» → «Настройка текста ClearType» → «Отключить ClearType»). Также можно воспользоваться панелью быстрого поиска меню Пуск и ввести в ней слово «ClearType». Единственным результатом и будет «Настройка текста ClearType».
При этом сглаживание экранных шрифтов остаётся включённым (режим Windows XP/2000). Чтобы отключить его и вернуться к режиму, который был в Windows Me — нужно дополнительно в панели управления производительностью отключить соответствующую опцию^[4]. Однако применяемый в Windows 7 системный шрифт Segoe UI изначально создан и оптимизирован под Clear Type (в отличии от Tahoma), и при отключенном ClearType он выглядит довольно смазанным.

Следующая схема позволяет полностью отключить ClearType в Windows 7, даже в меню Пуск, панели задач и диалоговых окнах:

1. Отключаем ClearType. В "Панель инструментов → Шрифты → Настройка текста ClearType" снимаем галочку "Включить ClearType".
Или изменяем значение следующего ключа реестра с 2 на 1:
[HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop]
"FontSmoothingType"=dword:00000001

2. Отключаем сглаживание любого типа шрифта. Для этого в "Панель управления → Система → Дополнительные параметры системы → Параметры Быстродействия → Визуальные эффекты" отключаем "Сгладить неровности экранных шрифтов"
Или изменяем значение следующего ключа реестра с 2 на 1:
[HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop]
"FontSmoothing"="1"

3. Изменяем шрифт элементов окна. Для этого заходим в "Панель инструментов → Персонализация → Цвет окна → Дополнительные параметры оформления" и вместо Segoe UI 9 указываем любой другой шрифт (в XP по умолчанию для всех элементов стоит Tahoma 8).

Данные наcтройки хранятся в следующем разделе реестра: [HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop\WindowMetrics]

4. Теперь нужно заставляем систему поверить, что у нас нет шрифтов Segoe UI и чтобы вместо него подставлялся например Таhoma. Запускаем regedit и вносим следующие изменения:
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Fonts] "Segoe UI (TrueType)"=""
"Segoe UI Bold (TrueType)"=""
"Segoe UI Italic (TrueType)"=""
"Segoe UI Bold Italic (TrueType)"=""
"Segoe UI Semibold (TrueType)"=""
"Segoe UI Light (TrueType)"=""
"Segoe UI Symbol (TrueType)"=""

[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\FontSubstitutes]
"Segoe UI"="Tahoma"

По умолчанию настройки следующие:
[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\Fonts] "Segoe UI (TrueType)"="segoeui.ttf"
"Segoe UI Bold (TrueType)"="segoeuib.ttf"
"Segoe UI Italic (TrueType)"="segoeuii.ttf"
"Segoe UI Bold Italic (TrueType)"="segoeuiz.ttf"
"Segoe UI Semibold (TrueType)"="seguisb.ttf"
"Segoe UI Light (TrueType)"="segoeuil.ttf"
"Segoe UI Symbol (TrueType)"="seguisym.ttf"

[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NT\CurrentVersion\FontSubstitutes]
"Segoe UI"=-

5. Перезагружаемся.

Теперь абсолютно во всей системе используется шрифт, который мы указали, без ClearType и без сглаживания (однако остаётся один нюанс: по умолчанию система использовала Segoe UI 9 — мы заменили шрифт на Tahoma, а размер системного шрифта остался прежним — 9. Также Clear type остаётся в заголовке окна).

Если надо отключить ClearType во всей системе, но для Office 2007 сделать исключение (Office 2007, к слову, в Windows XP использует ClearType всегда, независимо от настроек системы), то нужно выполнить всё вышеперечисленное, кроме пункта 1.

Оспаривание патента

На технологию ClearType выдан Methods and apparatus for performing image rendering and rasterization operations .

Некоторые^[кто?] люди оспаривают этот патент, утверждая, что компания Microsoft запатентовала известную ранее вещь^[5] — программисты под Apple II подобным образом вдвое повышали эффективное разрешение NTSC-телевизора (который использовался вместо монитора). То же самое делали и другие компьютерные фирмы. Даже в описании Microsoft Basic для Apple II есть ссылки на такие приёмы.

Примечания