KR940007818B1 - 그레이 스케일 폰트의 생성방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

그레이 스케일 폰트의 생성방법

제 1 도는 종래의 폰트 생성방법을 단계적으로 보이는 과정도로서 a는 윤곽선 폰트, b는 플래그 버퍼, c는 비트맵 폰트를 보인 것이다.

제 2 도는 본 발명 방법의 흐름을 보이는 흐름도이다.

제 3 도는 본 발명 방법에 사용되는 포인트 리스트를 설명하기 위한 모식도이다.

제 4 도는 본 발명 방법에 사용된 그레이 스케일 변환과정을 설명하기 위한 가상적 플래그 버퍼의 일부개략도이다.

본 발명은 그레이 스케일(gray scale) 폰트(font)를 생성하는 방법에 관한 것으로 특히 윤곽선(outline) 마스터 폰트(master font)로부터 그레이 스케일 폰트를 직접 생성하는 방법에 관한 것이다.

컴퓨터의 표시장치나 프린터등 텍스트(test) 표시장치는 일반적으로 글자생성기 (character generater)로 불리우는 부분에 표시될 글자의 마스터 폰트를 저장하여, 필요시 이를 억세스하도록 함으로써 글자를 표시 또는 출력하도록 하고 있다. 이러한 마스터 폰트의 형태는 대략 다음 세가지로 구분된다. 이것은 워녹(warnock)에 의해 미국 학술지 "Computer Graphics"의 1980. 7월호(Vol 14, No. 3)에 발표된 것이다.

1. 비트맵(bit map) 마스터 폰트 : 글자의 원도를 고해상도로 스캐닝(scanning)하여 비트맵 형태로 저장하고, 이로부터 원하는 해상도의 비트맵을 얻는다. 일반적으로 이 과정은 고해상도의 비트맵 마스터 폰트를 원하는 해상도만큼의 영역으로 분할하여 각 영역을 하나의 비트로 매핑(mapping)시켜 이뤄지는데, 각 비트의 온 오프는 소정의 임계치를 설정하여 영역별로 결정된다.

2. 구조적(analytic) 마스터 폰트 : 각 글자를 형성하는 궤적(stroke)을 부호화하여 저장하고, 표시할때는 각 궤적에 따라 적절한 변환(transformation)을 행함으로써 폰트를 얻는다.

3. 윤곽선 마스터 폰트 : 각 글자의 윤곽을 기하학적 매개함수(parametric function)로 정의한뒤, 사용시 스캔변환(scan convert)하여 폰트를 얻는다.

컴퓨터의 표시장치나 프린터등에 가장 널리 사용되어온 것은 비트맵 폰트인데, 이것은 대체로 전술한 세가지 마스터 폰트로부터 변환과정을 거쳐 얻어지거나 처음부터 정해져 있는 낮은 해상도에 맞게 만들어진 것이다. 그러나 비트맵 폰트는 흑과 백 두가지의 화소만으로 표현되기 때문에 사선이나 곡선부분에서 계단현상이 나타나 글자의 모양을 다소 거칠어 보이게 한다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 계단현상이 생기는 화소의 밝기를 흑과 백 사이의 여러가지 회색중 하나로 표현하는 그레이 스케일 폰트가 제안된 바 있다. 이러한 그레이 스케일 폰트는 사용자의 눈에 착시현상을 일으켜 매우 작은 크기의 글자도 용이하게 식별 가능하며, 동일한 크기의 비트맵 폰트보다 더 선명하고 정밀하게 보이게 된다. 그레이 스케일 폰트를 만들때는 나이만(Naiman)의 미국 특허 공보 제 4,851,825호에 제시되어 있는 다음과 같은 방법을 사용한다.

1) 비트맵 마스터 폰트를 그레이 스케일 폰트의 각 화소에 대응하는 복수의 영역으로 분할한다.

2) 이 분할 영역의 크기와 동일하며 그 영역 내의 각 화소에 곱해질 가중치를 원소로 가지는 필터 어레이(filter array)를 구성한다.

3) 비트맵 마스터 폰트의 각 영역에 필터어레이로 필터링을 가하여 각 영역의 상대적 밝기를 구하고, 이를 그레이 스케일 폰트의 대응화소의 그레이 스케일 값으로 한다.

이러한 방법은 필터링 과정에서 비트맵 폰트의 각 화소마다 가중치를 곱하여 이를 각 영역마다 합산하는 연산이 사용되므로 이 과정에 많은 시간이 소요된다. 또한 원추형이나 피라밋형 필터등을 사용하는 경우에는 삼각함수의 연산이나 부동소숫점(floating-point) 연산을 사용하여야 하므로 처리속도가 더욱 떨어지는 문제점이 있다.

최근에는 레이저 프린터와 같은 고품위의 인쇄가 가능한 출력장치와 탁상출판 소프트웨어가 널리 사용되면서 사용자들이 다양한 크기와 형태의 글자체를 원하게 되었다. 그러나, 지금까지 널리 쓰여 왔던 비트맵 폰트는 다양한 크기의 글자체를 제공하기 위해서는 각 크기별로 폰트를 저장해 두어야 하기 때문에 많은 기억용량이 소요되므로 상품의 원가가 증가되는 문제점이 있다. 따라서, 대부분의 비트맵 폰트를 사용하는 시스템들은 자주 쓰이는 몇가지 크기의 비트맵 폰트만을 가지고 있도록 만들어진다. 그레이 스케일 폰트도 비트맵 폰트와 유사한 형태로 저장되고 사용되며, 비트맵 폰트보다 양질인 반면 기억용량의 부담은 더 크다. 전술한 바와 같이 몇가지 크기의 비트맵 폰트나 그레이 스케일 폰트만으로는 다양한 크기의 글자를 표현하는데 있어 제약을 받게 되며, 비록 그 몇가지의 것들을 적절한 크기로 스케일링하여 사용하더라도 낮은 해상도에서의 정보만으로는 양질의 폰트를 얻기가 어렵다.

한편, 1개의 마스터 폰트를 가지고 다양한 크기로 스케일링을 하고 스캔변환(Scan Conversion)하여 글자꼴을 만들어 내는 윤곽선 폰트가 제안된 바 있다. 윤곽선 폰트는 작은 기억용량을 이용하여 양질의 폰트를 제공할 수 있으나 스케일링과 스캔변환을 해야 비로서 비트맵 폰트와 유사한 형태의 데이터가 만들어지기 때문에 비트맵 폰트에 비해 처리속도가 저하된다. 프로세서의 성능이 향상되고 있어 이와 같은 문제점을 어느정도 극복할 수 있으나 아무리 프로세서 성능이 향상되더라도 비트맵 폰트의 처리속도보다 빠를 수는 없다. 윤곽선 폰트의 또다른 취약점은 저해상도의 표시장치에서 나타난다. 즉, 저해상도의 표시장치에 스캔변환된 결과로서 얻어진 비트맵 형태의 글자꼴은 모양이 뭉게지거나 획이 끊어지는 현상들이 발생한다. 이런 결과는 대체로 그 해상도에 맞게 만들어진 비트맵 폰트의 질에 못미친다.

따라서, 최근에는 윤곽선 폰트로 부터의 최종적인 결과물을 그레이 스케일 폰트로 얻어내는 방법들이 제안된 바 있다. 이것은 다양한 크기로 스케일링이 가능하고 상대적으로 기억용량이 작게 소요되며 윤곽선 폰트의 장점과 글자꼴의 질을 향상시키는 그레이 스케일 폰트의 장점을 모두 살리기 위한 방법이다. 일반적으로 알려진 이 방법은 대략 다음과 같다.

1) 원하는 그레이 스케일 글자의 크기와 그레이 스케일의 단계수(G)를 결정한다.

2) 원하는 글자의 윤곽선 데이타를 호출한다.

3) 형성할 비트맵 폰트의 크기에 따라 윤곽선 데이타를 스케일링(scaling)한다. 여기서 비트맵 폰트의 크기는 원하는 그레이 스케일 글자폰트 크기의배 정도로 한다.는 적지않은 최소의 정수를 나타내는 가우스(Gauss)기호임)

4) 윤곽선 데이타에 따라 곡선과 직선을 그려 글자의 윤곽선을 형성한다.

5) 글자의 윤곽선 내부를 채워(filling) 비트맵 폰트를 완성한다.

6) 완성된 비트맵 폰트에 전술한 그레이 스케일 변환과정을 적용하여 그레이 스케일 폰트를 얻어낸다.

그러나 이러한 방법은 윤곽선 마스터 폰트로부터 비트맵 폰트를 먼저 만든뒤, 그레이 스케일 폰트로 변환하는 두단계 과정을 거쳐야 하므로 실시간처리시의 직접생성에 필요한 처리속도를 내지 못하는 것이 문제점이다. 특히 전술한 바와 같이 그레이 스케일 폰트 변환과정에서 부동소숫점 연산등에 의한 처리속도의 지연이 상당하므로 이 방법은 처리속도상의 문제가 매우 심각하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 종래방법들의 문제점을 해결하고, 종래방법들의 장점들을 발휘할 수 있는 그레이 스케일 폰트의 생성방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발며에 의한 그레이 스케일 폰트의 생성방법은 문자생성기(character generater)에 저장된 윤곽선 데이타를 호출하는 과정과, 이 윤곽선 데이타를 표시될 그레이 스케일 폰트의 크기 및 형태에 따라 스케일링 및 스캔변환하여 가상의 플래그 버퍼상의 글자윤곽의 위치를 나타내는 포인트 리스트를 형성하는 과정과, 이 포인트 리스트를 그레이 스케일 변환하여 그레이 스케일 폰트를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 이 그레이 스케일 변환 과정은 샘플링 영역별로 이뤄지는 것이 아니라, 가상의 플래그 버퍼상의 요소비트들의 행별로 이뤄지게 된다.

이에따라 본 발명에 의하면 윤곽선 포트의 장점인 다양한 크기와 형태의 폰트 제공이 가능하며, 그레이 스케일 폰트의 장점인 깨끗하고 정확한 폰트의 제공이 가능해진다. 뿐만아니라 비트맵 마스터나 그레이 스케일 마스터를 사용하지 않으므로 기억용량상의 문제가 없으며 처리속도가 신속하여 온더플라이 표시장치의 실시간 텍스트 처리에 적합하다. 이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저 제 1 도를 참조하여 윤곽선 마스터 폰트로부터 그레이 스케일 폰트를 형성하는 종래의 방법을 간략히 살펴본다. 윤곽선 마스터 폰트는 문자생성기의 기억장치에 직선과 곡선의 조합으로 된 매개함수 데이타로 저장되어 있다(제 1 도a). 이러한 윤곽선 데이타는 글자 생성시 해당 데이타가 억세스되어 호출된다. 여기서 이 데이타의 구체적 저장형태나 억세스방법등은 당업자에게 널리 알려져 있는 것이므로 별도의 설명은 불필요할 것이나, 좀더 상세한 설명은 후술하는 본 발명 설명을 참조할 수 있을 것이다.

호출된 윤곽선 데이타는 스캔변환 과정을 거쳐 제 1도b와 같은 플래그버퍼(flag buffer)로 변환되고, 이 플래그 버퍼에 필링(filling)과정을 거쳐 제 1 도c와 같은 비트맵 폰트가 생성된다. 이러한 스캔변환과 필링방법으로는 다양한 방법이 제안되어 있는데 예를들어 로저스(Rogers)의 저서 "Procedural Elements for Computer Graphics"(맥그로우힐 출판사, 1985), 허쉬(Hersh)의 논문 "Descriptive Contour Fill of Partially Degenerated Shapes"(미국전기전자기술협회(IEEE) 컴퓨터 그래픽스 및 응용, 1986), 폴리(Foley)등의 저서 "Computer Graphics"(애디슨 위슬리 출판사, 1990)등을 참조할 수 있다.

이 과정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다. 즉 표시될 폰트보다 충분히 큰 크기의 비트맵 폰트와 같은 크기의 플래그 버퍼를 설정하고 이 플래그 버퍼에 글자의 윤곽선을 그리면 제 1 도b와 같이 윤곽선이 지나는 화소만 표시된 비트맵이 형성된다. 이 비트맵에 예를들어 홀수짝수(even-odd)필링방법등으로 표시 화소의 내부를 채워주면 제 1 도c와 같은 최종 비트맵 폰트가 형성된다. 이 비트맵 폰트에 전술한 그레이 스케일 변환과정을 적용하면 그레이 스케일 폰트가 생성된다.

본 발명에 의하면 이러한 플래그 버퍼의 설정이나 비트맵 폰트를 생성하지 않고 포인트 리스트 (point list)를 사용하여 직접 그레이 스케일 폰트를 생성한다.

이 과정은 제 2 도에 보인 바와 같이 저장된 윤곽선 데이타(마스터 폰트)를 호출하여 (단계 100) 포인트 리스트를 생성하고(단계 200), 이 포인트 리스트를 그레이 스케일 변환하여(단계 300) 그레이 스케일 글자폰트를 생성(단계 400)하는 단계들로 이뤄진다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

단계(100)의 윤곽선 데이타 호출과정은 윤곽선 데이타의 스케일링 및 스캔변환으로 이뤄진다. 윤곽선 데이타는 윤곽선 마스터 폰트 또는 윤곽선 폰트 데이타라고도 불리우는데 이것은 직선이나 곡선 세그먼트(segment)들의 연속으로 된 복수의 경로(path)들로 이뤄진다. 특히 이 곡선의 표현방식에는 다양한 방법이 사용되는데 예를들어 3차 베지어(Bezier)곡선이나 2차 B-스플라인(spline)곡선, 또는 3차(cubic)스플라인 곡선등이 사용된다. 이러한 직선 및 곡선조합의 윤곽선 데이타는 일반적으로 경로 시작점의 좌표와 그것으로 부터 연속되는 세그먼트(segment)를 구분하기 위한 정보(직선 또는 곡선, 새로운 경로의 시작), 각 세그먼트를 표현하는데 필요한 점들의 좌표정보 등으로 이루어진다.

윤곽선 데이타의 스케일링이란 원도의 미적감각을 유지하기 위해 일반적으로 사용되는 표시장치의 해상도보다 훨씬 좋은 해상도로 제작된 평면상 윤곽선 데이타 내의 각 좌표값들을 표시장치에 표시될 글자의 크기에 따라 적절한 축도로 확대 혹은 축소하는 것을 의미한다.

또한 스캔변환이란 윤곽선 폰트 데이타로서 표현되는 기하학적인 도형을 컴퓨터의 기억장치와 같은 이산공간에 옮겨 그리는 일반적인 기술을 말하는 것으로, 매우 다양한 여러가지 방법이 사용되고 있다(전술한 Rogers와 Foley의 저서 참조).

제 3 도에 보인 포인트 리스트는 제 1 도b의 플래그 버퍼에 대응하는데, 리스트는 플래그 버퍼 또는 비트맵 폰트의 크기만큼의 갯수를 가지며, 각 리스트는 플래그 버퍼의 각 행(row)에 대응하며 글자의 윤곽선에 해당하는 플래그 버퍼의 요소비트의 가로좌표 또는 열(column)번호를 표시하게 된다. 제 3 도의 좌측 열의 번호는 행번호를 나타내는데, 예를들어, 제 1 도b에서 제 4 행을 보면 제 9 번째 및 제12번째 요소비트가 글자의 윤곽을 표시하고 있으므로, 제 3 도의 제 4 행에 해당하는 리스트에는 이들 화소의 가로좌표 9와 12를 표시하는 데이타가 저장된다.

이러한 포인트 리스트는 저장된 윤곽선 데이타로 부터 직접 연산해낼 수 있으며, 플래그 버퍼로부터 도출할 수도 있다. 즉 직선 및 곡선의 매개함수 형태로 저장된 윤곽선 마스터 폰트를 표시될 폰트의 크기나 형태에 따라 스케일링하여 소요크기의 가상의 플래그 버퍼상에 그려진 경우의 포인트 리스트를 연산해내는 것이다.

이러한 포인트 리스트가 생성되는 가상의 플래그 버퍼의 크기는 다음과 같은 관계를 가지게 된다.

표시하고자 하는 그레이 스케일의 단계수를 G라고 하면 그레이 스케일의 단계, 즉 밝기를 결정할 샘플링 영역의 크기 F는가 된다. 예를들어 도시된 예에서는 G=16이며 이에따라 F=4가 되어 샘플링 영역은 4×4의 크기를 갖게 된다. 한편 표시하고자 하는 그레이 스케일 글자폰트의 크기가 S라면 가상적 플래그 버퍼의 크기는 (F×S)×(F×S)가 된다.

예를들어 도시된 예에서는 S=6이므로 가상적 플래그 버퍼의 크기는 24×24가 된다.

그레이 스케일 폰트의 각 화소의 그레이 스케일, 즉 밝기는 대응 샘플링 영역내의 흑ㆍ백 도트의 비에 의해 결정된다. 종래의 방법에 있어서는 샘플링 영역내의 각 요소에 가중치를 주어 필터링을 행하였으나 이는 각 요소비트별로 부동소숫점 연산을 행하여야 하므로 많은 시간을 소모하게 된다. 따라서 본 발명의 있어서는 단순한 평활필터(flat filter)를 채택함으로써 연산을 단순화하고 있다. 예를들어 4×4크기의 한 샘플링 영역내의 혹 요소 비트수를 V라고 하면 그 영역에 대응되는 화소의 상대적 밝기 I는 다음 수식과 같이 표현된다.

예를 들어 4×4 크기의 샘플링 영역내에 혹 요소비트가 전혀 없다면 V=0이므로 I=1이 되고, 모두 혹 요소비트라면 I=16이 된다. 여기서 I=16은 표시장치의 페디스탈 레벨(pedestal level)에 해당될 것이다.

이와같은 그레이 스케일 변환과정은 종래 샘플링 영역별로 이뤄졌으나 이는 별도의 버퍼메모리를 요구하고 연산량이 많아지게 된다. 따라서 본 발명에 있어서는 전술한 포인트리스트를 이용하여 행별로 연산함으로써 연산량이 많아지게 된다. 따라서 본 발명에 있어서는 전술한 포인트리스트를 이용하여 행별로 연산함으로써 연산량을 감소시켜 처리속도를 현저히 증가시킬 수 있다. 또한 글자의 윤곽선에 해당하는 요소비트가 포함되지 아니한 행은 연산없이 무시할 수 있으며 윤곽선의 시작비트와 종료비트 사이의 비트들은 연산없이 일률적인 수치를 가산함으로써 처리속도를 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

제 4 도를 참조하여 이 과정을 상세히 설명한다. 설명의 편의상 1행만을 도시하였는데, 도시된 예에서 샘플링 영역의 크기는 4×4이므로 이러한 행이 4개 연속되어 화소(P1∼P5......)의 샘플링 영역을 구성한다. 여기서 주의할 것은 이 플래그 버퍼는 가상적인 것으로 설명의 편의를 위한 것이며, 실제로는 시작비트b와 종료비트(E)의 좌표값만을 가지는 포인트 리스트 6-18만으로 처리되는 것이다.

각 샘플링 영역, 즉 화소에 대응하는 기억영역의 초기값은 0이다.

이 상태에서 제 1 화소(P1)에 대하여는 아직 시작비트b의 이전이므로 무시한다.

제 2 화소(P2)에 대하여는 제 6 요소비트가 시작비트b이므로 기억영역에 F-(B%F)의 값을 더한다. (여기서 B%F 는 B를 F로 나눈 나머지를 나타내는 연산기호임)

제 3 화소(P3) 및 제 4 화소(P4)에 대하여는 기억영역에 F의 값을 일률적으로 더해준다.

제 5 화소(P5)에 대하여는 (E%F)+1의 값을 더한다.

이러한 과정을 F행에 대해 반복하면 각 기억영역에 저장된 최종값은 한 샘플링 영역내의 혹 요소비트의 갯수(V)가 된다. 이를 전술한 (1)식으로 연산하면 해당화소의 그레이 스케일을 구할 수 있게 되며, 이를 S회 반복하면 그레이 스케일 폰트가 생성된다.

이상에서 설명한 그레이 스케일 변환과정을 C언어 프로그램으로 설명하면 예를들어 다음과 같다.

프로그램에서 PointList[i][j]는 i번째 리스트의 j번째 요소비트의 좌표를 나타내고 PointCount[i]는 i번째 리스트에 있는 요소비트의 갯수를 저장하는 배열이다. 또한 GrayFont[i][j]는 그레이 스케일 폰트의 각 화소에 대응하는 혹 요소비트의 갯수, 즉 그레이 스케일을 나타내는 값을 저장하는 배열이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 윤곽선 마스터 폰트로부터 비트맵 마스터 폰트를 만들고 이에 복잡한 필터링 연산과정을 거쳐 그레이 스케일 폰트를 생성하는 종래의 방법에 비해 처리속도가 현저히 빨라지게 된다. 특히 바람직한 실시예에 있어서는 그레이 스케일 변환을 샘플링영역내의 비트별로가 아니라 행별로 동시처리하므로 처리속도가 더욱 빨라지게 된다. 이에따라 본 발명은 고해상도 모니터나 레이저 프린터, 또는 DTP 시스템의 온더플라이 표시장치분야에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (4)

1. 문자생성기에 저장된 윤곽선 데이타를 호출하는 과정과, 상기 윤곽선 데이타를 표시될 그레이 스케일 폰트의 크기 및 형태에 따라 스케일링 및 스캔변환하여 플래그 버퍼상의 글자윤곽의 위치를 나타내는 포인트 리스트를 형성하는 과정과, 상기 포인트 리스트를 그레이 스케일 변환하여 그레이 스케일 폰트를 형성하는 과정을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 그레이 스케일 폰트의 생성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플래그 버퍼가 가상의 플래그 버퍼인 것을 특징으로 하는 그레이 스케일 폰트의 생성방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 그레이 스케일 변환과정이 상기 가상의 플래그 버퍼상의 요소비트들의 행별로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 그레이 스케일 폰트의 생성방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 그레이 스케일 변환과정이 소정의 샘플링 영역내의 혹 요소비트의 갯수의 비를 이용한 평활 필터링 과정인 것을 특징으로 하는 그레이 스케일 폰트의 생성방법.