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news2024/11/24 6:44:56

文章目录

  • 使用freetype 显示一个文字
  • 使用 freetype 显示一行文字
    • 了解笛卡尔坐标系
    • 每个字符的大小可能不同
    • 怎么在指定位置显示一行文字
    • freetype 的几个重要数据结构
      • 1、**FT_Library**结构体
      • 2、FT_Face结构体
      • 3、FT_GlyphSlot结构体
      • 4、FT_Glyph结构体
      • 5、FT_BBox结构体
    • 读懂显示一行字体的代码
      • draw函数
      • 第一步
      • 第二步：计算外框
      • 第三步：调整坐标
      • 第四步： 转换、加载位图、绘制
      • 第五步：上机实验

使用freetype 显示一个文字

之前学习Framebuffer的时候，把它和Framebuffer写在了一起，可以看看我写的这个文章：显示一个文字

使用 freetype 显示一行文字

了解笛卡尔坐标系

在 LCD 的坐标系中，原点在屏幕的左上角。对于笛卡尔坐标系，原点在左下角。freetype 使用笛卡尔坐标系，在显示时需要转换为 LCD 坐标系。
在这里插入图片描述

V：纵向总像素个数
从图可知，X 方向坐标值是一样的。
在 Y 方向坐标值需要换算，假设 LCD 的高度是 V。
在 LCD 坐标系中坐标是(x, y)，那么它在笛卡尔坐标系中的坐标值为(x, V-y)。
反过来也是一样的，在笛卡尔坐标系中坐标是(x, y)，那么它在 LCD 坐标系中坐标值为(x, V-y)。

每个字符的大小可能不同

在使用 FT_Set_Pixel_Sizes 函数设置字体大小时，这只是“期望值”。比如“百问网 www.100ask.net”，如果把“.”显示得跟其他汉字一样大，不好看。
所以在显示一行文字时，后面文字的位置会受到前面文字的影响。
例：
在这里插入图片描述幸好，freetype 帮我们考虑到了这些影响。
对于 freetype 字体的尺寸(freetype Metrics)，需要参考图：
在这里插入图片描述
在显示一行文字时，这些文字会基于同一个基线来绘制位图：baseline。
在 baseline 上，每一个字符都有它的原点(origin)，比如上图中 baseline左边的黑色圆点就是字母“g”的原点。当前 origin 加上 advance 就可以得到下一个字符的 origin，比如上图中 baseline 右边的黑色圆点。在显示一行中多个文件字时，后一个文字的原点依赖于前一个文字的原点及 advance。

有图可得：
origin + advance = origin（下一个字的）

字符的位图是有可能越过 baseline 的，比如上图中字母“g”在 baseline下方还有像。
上图中红色方框内就是字母“g”所点据的位图，它的四个角落不一定与原点
重合。
上图中那些 xMin 、 xMax 、 yMin 、 yMax 如 何 获 得 ？ 可 以 使 用
FT_Glyph_Get_CBox 函数获得一个字体的这些参数，将会保存在一个 FT_BBox结构体中，以后想计算一行文字的外框时要用到图这些信息：
在这里插入图片描述
更多结构体后面会详细说明！！

怎么在指定位置显示一行文字

要显示一行文字时，每一个字符都有自己外框：xMin、xMax、yMin、yMax。把这些字符的 xMin、yMin 中的最小值取出来，把这些字符的 xMax、yMax 中的最大值取出来，就可以确定这行文字的外框了。

要想在指定位置(x, y)显示一行文字，步骤如图所示：
在这里插入图片描述

第1步 先指定第 1 个字符的原点 pen 坐标为(0, 0)，计算出它的外框
第2步 再计算右边字符的原点，也计算出它的外框
把所有字符都处理完后就可以得到一行文字的整体外框：假设外框左上角坐标为(x’, y’)。
第3步 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下 pen 坐标即可。怎么调整？
pen 为(0, 0)时对应左上角(x’, y’)；那么左上角为(x, y)时就可以算出pen 为(x-x’, y-y’)。

freetype 的几个重要数据结构

1、FT_Library结构体

对应 freetype 库，使用 freetype 之前要先调用以下代码：

FT_Library library; /* 对应 freetype 库 */
error = FT_Init_FreeType( &library ); /* 初始化 freetype 库 */

2、FT_Face结构体

它对应一个矢量字体文件，在源码中使用 FT_New_Face 函数打开字体文件后，就可以得到一个 FT_Face结构体face。
为什么称之为 face？
估计是文字都是写在二维平面上的吧，正对着人脸？不用管原因了，总之认为它对应一个字体文件就可以。
代码如下：

error = FT_New_Face(library, font_file, 0, &face ); /* 加载字体文件 */

3、FT_GlyphSlot结构体

插槽？用来保存字符的处理结果：比如转换后的 glyph、位图，如图：
在这里插入图片描述

上一个说的FT_Face结构体里面成员有一个FT_GlyphSlot结构体，里面保存的是字符的处理结果（含有变换后的glyph、位图、advance等信息）
一个 face 中有很多字符，生成一个字符的点阵位图时，位图保存在哪里？
保存在插槽中：face->glyph
生成第 1 个字符位图时，它保存在 face->glyph 中；生成第 2 个字符位图时，也会保存在 face->glyph 中，会覆盖第 1 个字符的位图。
所以我们生成后要及时取走，防止覆盖！
使用当中我们通常会定义一个变量来保存：
FT_GlyphSlot slot = face->glyph; / 插槽: 字体的处理结果保存在这里 /

4、FT_Glyph结构体

字体文件中保存有字符的原始关键点信息，使用 freetype 的函数可以放大、缩小、旋转，这些新的关键点保存在插槽中(注意：位图也是保存在插槽中)。
新的关键点使用 FT_Glyph 来表示，可以使用这样的代码从 slot 中获得glyph：

error = FT_Get_Glyph(slot , &glyph);

5、FT_BBox结构体

FT_BBox 结构体定义如下，它表示一个字符的外框，即新 glyph 的外框：
在这里插入图片描述
可以使用以下代码从 glyph 中获得这些信息：

FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &bbox );

读懂显示一行字体的代码

学习了上面的一堆基础知识，我们就懂了步骤：
第1步 先指定第 1 个字符的原点 pen 坐标为(0, 0)，计算出它的外框
第2步 再计算右边字符的原点，也计算出它的外框
把所有字符都处理完后就可以得到一行文字的整体外框：假设外框左上角坐标为(x’, y’)。
第3步 想在(x, y)处显示这行文字，调整一下 pen 坐标即可。怎么调整？
pen 为(0, 0)时对应左上角(x’, y’)；那么左上角为(x, y)时就可以算出pen 为(x-x’, y-y’)。
第4步 转换、加载位图、绘制一个字符，计算下一个字符origin，继续绘制下一个字符…依次循环

完整的代码如下：

#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/fb.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>
#include <wchar.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include <ft2build.h>
#include FT_FREETYPE_H
#include FT_GLYPH_H

int fd_fb;
struct fb_var_screeninfo var;   /* Current var */
struct fb_fix_screeninfo fix;   /* Current fix */
int screen_size;
unsigned char *fbmem;
unsigned int line_width;
unsigned int pixel_width;

/* color : 0x00RRGGBB */
void lcd_put_pixel(int x, int y, unsigned int color)
{
    unsigned char *pen_8 = fbmem+y*line_width+x*pixel_width;
    unsigned short *pen_16; 
    unsigned int *pen_32;   

    unsigned int red, green, blue;  

    pen_16 = (unsigned short *)pen_8;
    pen_32 = (unsigned int *)pen_8;

    switch (var.bits_per_pixel)
    {
        case 8:
        {
            *pen_8 = color;
            break;
        }
        case 16:
        {
            /* 565 */
            red   = (color >> 16) & 0xff;
            green = (color >> 8) & 0xff;
            blue  = (color >> 0) & 0xff;
            color = ((red >> 3) << 11) | ((green >> 2) << 5) | (blue >> 3);
            *pen_16 = color;
            break;
        }
        case 32:
        {
            *pen_32 = color;
            break;
        }
        default:
        {
            printf("can't surport %dbpp\n", var.bits_per_pixel);
            break;
        }
    }
}

/**********************************************************************
 * 函数名称： draw_bitmap
 * 功能描述： 根据bitmap位图，在LCD指定位置显示汉字
 * 输入参数： x坐标，y坐标，位图指针
 * 输出参数： 无
 * 返 回 值： 无
 * 修改日期        版本号     修改人        修改内容
 * -----------------------------------------------
 * 2020/05/12        V1.0     zh(angenao)         创建
 ***********************************************************************/ 
 /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
void
draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap,
             FT_Int      x,
             FT_Int      y)
{
    FT_Int  i, j, p, q;
    FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
    FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

    //printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

    for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
    {
        for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
        {
            if ( i < 0      || j < 0       ||
                i >= var.xres || j >= var.yres )
            continue;

            //image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
            lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
        }
    }
}


/* 计算一行文字的外框 */
int compute_string_bbox(FT_Face face, wchar_t *wstr, FT_BBox  *abbox)
{
    /* FT_Face face :   对应一个字体文件 */

    int i;             //用于for循环计算次数
    int error;         //用于保存函数返回值
    FT_BBox bbox;      //初始外框
    FT_BBox glyph_bbox;//用来保存新加载的外框（从glyph得到外框: bbox）
    FT_Vector pen;     //定义原点
    FT_Glyph  glyph;   //用于保存字体文件
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;/* 插槽: 字体的处理结果保存在这里 */

    /* 初始化 */
    bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
    bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;

    /* 指定原点为(0, 0) */
    pen.x = 0;
    pen.y = 0;

    /* 计算每个字符的bounding box */
    /* 先translate, 再load char, 就可以得到它的外框了 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: 一个字一个字得去加载位图 会保存在face里面 */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 在face结构体里面取出新的关键点保存在变量glyph里（从 slot 中获得glyph） */
        error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
        if (error)
        {
            printf("FT_Get_Glyph error!\n");
            return -1;
        }
        
        /* 从glyph得到外框: bbox，然后保存在变量glyph_bbox中 */
        FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);

        /* 更新外框 */
        if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
            bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;

        if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
            bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;

        if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
            bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;

        if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
            bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
        
        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    /* return string bbox */
    *abbox = bbox;//保存结果
}

/* 调整原点并绘制 */
int display_string(FT_Face     face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
{
    int i;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    FT_Vector pen;
    FT_Glyph  glyph;
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;

    /* 把LCD坐标转换为笛卡尔坐标 */
    int x = lcd_x;
    int y = var.yres - lcd_y;

    /* 计算外框 */
    compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);

    /* 反推原点 */
    pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
    pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64像素 */

    /* 处理每个字符 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
        draw_bitmap( &slot->bitmap,
                        slot->bitmap_left,
                        var.yres - slot->bitmap_top);

        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    return 0;
}


int main(int argc, char **argv)
{
    wchar_t *wstr = L"百问网www.100ask.net";

    FT_Library    library;
    FT_Face       face;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    int font_size = 24;
    int lcd_x, lcd_y;

    if (argc < 4)
    {
        printf("Usage : %s <font_file> <lcd_x> <lcd_y> [font_size]\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    lcd_x = strtoul(argv[2], NULL, 0);//将输入的X坐标转换成想要的形式      
    lcd_y = strtoul(argv[3], NULL, 0);//将输入的Y坐标转换成想要的形式      
    
    if (argc == 5)
        font_size = strtoul(argv[4], NULL, 0);//将输入的字体大小转换成想要的形式      

    fd_fb = open("/dev/fb0", O_RDWR);//打开设备节点
    if (fd_fb < 0)
    {
        printf("can't open /dev/fb0\n");
        return -1;
    }

    if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_VSCREENINFO, &var))
    {
        printf("can't get var\n");
        return -1;
    }

    if (ioctl(fd_fb, FBIOGET_FSCREENINFO, &fix))
    {
        printf("can't get fix\n");
        return -1;
    }

    line_width  = var.xres * var.bits_per_pixel / 8;
    pixel_width = var.bits_per_pixel / 8;
    screen_size = var.xres * var.yres * var.bits_per_pixel / 8;
    fbmem = (unsigned char *)mmap(NULL , screen_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd_fb, 0);
    if (fbmem == (unsigned char *)-1)
    {
        printf("can't mmap\n");
        return -1;
    }

    /* 清屏: 全部设为黑色 */
    memset(fbmem, 0, screen_size);

    error = FT_Init_FreeType( &library );               /* 初始化 freetype 库 */
    
    error = FT_New_Face( library, argv[1], 0, &face ); /* 加载字体文件 */

    FT_Set_Pixel_Sizes(face, font_size, 0);            /* 设置字体大小 */

    display_string(face, wstr, lcd_x, lcd_y);          /*  */
    
    return 0;   
}

draw函数

void draw_bitmap( FT_Bitmap*  bitmap, FT_Int x, FT_Int y)
{
    FT_Int  i, j, p, q;
    FT_Int  x_max = x + bitmap->width;
    FT_Int  y_max = y + bitmap->rows;

    //printf("x = %d, y = %d\n", x, y);

    for ( j = y, q = 0; j < y_max; j++, q++ )
    {
        for ( i = x, p = 0; i < x_max; i++, p++ )
        {
            if ( i < 0      || j < 0       ||
                i >= var.xres || j >= var.yres )
            continue;

            //image[j][i] |= bitmap->buffer[q * bitmap->width + p];
            lcd_put_pixel(i, j, bitmap->buffer[q * bitmap->width + p]);
        }
    }
}

第一步

在这里插入图片描述

第二步：计算外框

/* 计算一行文字的外框 */
int compute_string_bbox(FT_Face face, wchar_t *wstr, FT_BBox  *abbox)
{
    /* FT_Face face :   对应一个字体文件 */

    int i;             //用于for循环计算次数
    int error;         //用于保存函数返回值
    FT_BBox bbox;      //初始外框
    FT_BBox glyph_bbox;//用来保存新加载的外框（从glyph得到外框: bbox）
    FT_Vector pen;     //定义原点
    FT_Glyph  glyph;   //用于保存字体文件
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;/* 插槽: 字体的处理结果保存在这里 */

    /* 初始化 */
    bbox.xMin = bbox.yMin = 32000;
    bbox.xMax = bbox.yMax = -32000;

    /* 指定原点为(0, 0) */
    pen.x = 0;
    pen.y = 0;

    /* 计算每个字符的bounding box */
    /* 先translate, 再load char, 就可以得到它的外框了 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: 一个字一个字得去加载位图 会保存在face里面 */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 在face结构体里面取出新的关键点保存在变量glyph里（从 slot 中获得glyph） */
        error = FT_Get_Glyph(face->glyph, &glyph);
        if (error)
        {
            printf("FT_Get_Glyph error!\n");
            return -1;
        }
        
        /* 从glyph得到外框: bbox，然后保存在变量glyph_bbox中 */
        FT_Glyph_Get_CBox(glyph, FT_GLYPH_BBOX_TRUNCATE, &glyph_bbox);

        /* 更新外框 */
        if ( glyph_bbox.xMin < bbox.xMin )
            bbox.xMin = glyph_bbox.xMin;

        if ( glyph_bbox.yMin < bbox.yMin )
            bbox.yMin = glyph_bbox.yMin;

        if ( glyph_bbox.xMax > bbox.xMax )
            bbox.xMax = glyph_bbox.xMax;

        if ( glyph_bbox.yMax > bbox.yMax )
            bbox.yMax = glyph_bbox.yMax;
        
        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    /* return string bbox */
    *abbox = bbox;//保存结果
}

第三步：调整坐标

在这里插入图片描述

第四步： 转换、加载位图、绘制

/* 调整原点并绘制 */
int display_string(FT_Face     face, wchar_t *wstr, int lcd_x, int lcd_y)
{
    int i;
    int error;
    FT_BBox bbox;
    FT_Vector pen;
    FT_Glyph  glyph;
    FT_GlyphSlot slot = face->glyph;

    /* 把LCD坐标转换为笛卡尔坐标 */
    int x = lcd_x;
    int y = var.yres - lcd_y;

    /* 计算外框 */
    compute_string_bbox(face, wstr, &bbox);

    /* 反推原点 */
    pen.x = (x - bbox.xMin) * 64; /* 单位: 1/64像素 */
    pen.y = (y - bbox.yMax) * 64; /* 单位: 1/64像素 */

    /* 处理每个字符 */
    for (i = 0; i < wcslen(wstr); i++)
    {
        /* 转换：transformation */
        FT_Set_Transform(face, 0, &pen);

        /* 加载位图: load glyph image into the slot (erase previous one) */
        error = FT_Load_Char(face, wstr[i], FT_LOAD_RENDER);
        if (error)
        {
            printf("FT_Load_Char error\n");
            return -1;
        }

        /* 在LCD上绘制: 使用LCD坐标 */
        draw_bitmap( &slot->bitmap,
                        slot->bitmap_left,
                        var.yres - slot->bitmap_top);

        /* 计算下一个字符的原点: increment pen position */
        pen.x += slot->advance.x;
        pen.y += slot->advance.y;
    }

    return 0;
}

第五步：上机实验

在这里插入图片描述

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