Как создавались первые компьютерные шрифты для китайских иероглифов

Технические ограничения

Операционная система DOS 3.3 на Apple II не поддерживала ввод и вывод текста с китайскими иероглифами. Поэтому команде Розенблюма потребовалась написать собственную операционную систему с нуля. Ученый также создал Gridmaster — текстовый редактор, на базе которого будет разработан один из первых в мире китайских цифровых шрифтов. Программа была написана на языке программирования BASIC, и на ее создание ушло несколько месяцев.

Оцифровка китайского иероглифа диан (电, электричество) в Gridmaster на Sinotype III. Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Будущий шрифт предназначался для экспериментального устройства под названием Sinotype III, которое стало одним из первых персональных компьютеров с поддержкой китайских иероглифов. Оно было разработано в Graphics Arts Research Foundation (GARF) в Кембридже, Массачусетс.

Несмотря на свою простоту, Gridmaster использовалась для выполнения сложной дизайнерской задачи — создания цифровых растровых изображений для нескольких тысяч китайских символов. Растровое изображение — это способ хранения визуальной информации в цифровом виде, например в формате JPEG, GIF или BMP, с помощью сетки из пикселей.

Создание китайского шрифта для Sinotype III потребовало гораздо больше времени, чем программирование самого компьютера. Для каждого иероглифа дизайнерам предстояло принять 256 различных решений, по одному для каждого возможного пикселя в растровом изображении. Таким образом, в процессе разработки, продлившейся более двух лет, были созданы сотни тысяч таких решений для тысяч иероглифов.

Благодаря Gridmaster отец Розенблюма, Луи Розенблюм, и сотрудники GARF смогли подключить к работе целую команду дизайнеров. Программа запускалась на любом компьютере Apple II с дискеты и позволяла удаленно создавать и сохранять новые растровые изображения. После этого Розенблюмы могли загрузить их в базу данных Sinotype III с помощью другой программы, также созданной Брюсом.

Китайский растровый шрифт на экране Sinotype III. Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Компьютер Sinotype III так и не поступил в продажу. Тем не менее кропотливый процесс его разработки, в том числе создание растрового китайского шрифта, сыграл ведущую роль в глобальных усилиях по созданию компьютера с поддержкой китайского, одного из самых широко используемых языков в мире.

Когда на Западе появились компьютеры и системы обработки текста, инженеры и дизайнеры определили, что цифровой шрифт в низком разрешении для английского языка можно построить на растровой сетке размером 5 на 7 пикселей. При таком подходе:

• один символ занимал всего пять байтов памяти;
• основные 128 символов (все буквы английского алфавита, цифры от 1 до 9 и распространенные знаки пунктуации), которые хранились в таблице American Standard Code for Information Interchange (ASCII), требовали всего 640 байтов памяти. Для сравнения: встроенная память Apple II составляла 64 килобайта.

Однако китайский язык содержит десятки тысяч иероглифов, а сетка 5 на 7 не позволяет сделать их разборчивыми. Для них требовался размер 16 на 16 и больше, а значит, минимум 32 байта (256 бит) приходилось на один иероглиф.

Таким образом, шрифт, содержащий 70 тысяч китайских иероглифов в низком разрешении, занимал бы более двух мегабайт памяти. Даже если бы он включал только 8 тысяч самых распространенных иероглифов, потребовалось бы примерно 256 килобайт лишь для хранения растровых изображений. Это в четыра раза превышало общий объем памяти большинства персональных компьютеров в начале 1980-х годов.

Эстетические решения

Однако самые серьезные задачи были связаны с эстетикой и дизайном. Задолго до появления Gridmaster большая часть работы выполнялась вручную. Дизайнеры потратили годы на создание растровых изображений, которые удовлетворяли бы требованиям памяти и минимально соответствовали каллиграфической элегантности. Лили Хуан-Мин Лин и Эллен Ди Джованни — одни из первых создателей цифрового набора иероглифов, которые работали как вручную, так и с помощью Gridmaster.

Основная проблема, с которой столкнулись дизайнеры, заключалась в достижении баланса между двумя абсолютно разными способами написания китайского:

• иероглифами, написанными от руки с помощью пера или кисти;
• растровыми знаками, созданными из набора пикселей, расположенных по двум осям.

Команде предстояло решить, как лучше воссоздать некоторые орфографические особенности рукописного китайского, такие как вступительные, сужающиеся и заключительные штрихи.

Прототипы китайского шрифта Sinotype III. Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Разработка и оцифровка шрифта для Sinotype III была тщательно задокументирована. Один из самых интересных архивных источников того периода — папка, наполненная сетками с рукописными хеш-метками — зарисовками, которые затем будут преобразованы в растровые изображения.

Каждый иероглиф был тщательно продуман и в большинстве случаев отредактирован Луи Розенблюмом и сотрудниками GARF. Чтобы «удалить биты», которые не понравились редактору, использовалась корректирующая жидкость. Затем изначальные зеленые хеш-метки покрывались красными, указывающими финальный вариант. Только после этого команда приступала к вводу данных.

Правки иероглифа бай (背, сзади). Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Команде предстояло воссоздать минимум 3 тысячи растровых изображений, чтобы удовлетворить потребности пользователей. Поэтому можно предположить, что дизайнеры стремились оптимизировать работу. Один из способов — дублирование радикалов (базовых компонентов иероглифа), когда они представлены примерно в том же месте, размере и ориентации в нескольких символах. Например, для радикала «женщина» (女), можно было бы создать только одно изображение, а затем продублировать его во всех остальных иероглифах.

Однако, согласно архивным материалам, подобной оптимизации не проводилось. Напротив, Луи Розенблюм настаивал на том, чтобы дизайнеры адаптировали каждый компонент к определенному символу. Часто изменения были незначительными, как, например, в растровых изображениях хуан (娟, изящный) и миан (娩, доставлять), каждый из которых содержит радикал «женщина».

• В хуан средняя часть радикала «женщина» по горизонтали занимает шесть пикселей, в то время как в миан — пять.
• Нижний правый изгиб этого радикала в миан отходит в сторону всего на один пиксель, а в хуан этого штриха и вовсе нет.

Растровые символы хуан (娟, изящный) и миан (娩, доставлять) из шрифта Sinotype III. Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Такой уровень точности прослеживался в каждом символе и был скорее правилом, чем исключением.

В большинство финальных иероглифов было внесено множество изменений по сравнению с их первоначальной версией. К примеру, в наброске луо (罗, сбор, сеть) линия в нижнем левом углу вытянута вниз ровно под углом 45°, а затем переходит в цифровую версию нижнего штриха. Однако в финальном варианте кривая «сглажена».

Сравнение двух версий иероглифа луо (罗, сбор, сеть). Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Несмотря на то, что дизайнерам предстояло организовать относительно небольшое пространство, им приходилось принимать огромное количество решений. И каждое из них влияло на последующее — добавление даже одного пикселя часто изменяло общий горизонтальный и вертикальный баланс.

Наиболее отчетливо это проявляется в проблеме достижения симметрии. По правилам математики, она требует пространство нечетного размера и невозможна в растровой сетке четной размерности, такой как 16 на 16. Чтобы это исправить, в большинстве случаев дизайнеры использовали область 15 на 15. Это еще сильнее сокращало размер полезного пространства.

Иероглифы шань (山, установка), чжун (中, середина), ри (日, солнце) и тянь (田, поле). Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

К тому же растровые шрифты от различных компаний и проектов не были одинаковы. Рассмотрим радикал «вода» (氵) в шрифте Sinotype III в сравнении с другим ранним китайским шрифтом 1970-х и 1980-х годов, создатель которого — китайско-американский психотерапевт и предприниматель Х. С. Тянь.

Радикал «вода» (氵) в шрифте Sinotype III (справа) и Х. С. Тянь (слева). Фото в тексте: Коллекция Луи Розенблюма / Специальная коллекция библиотеки Стэнфордского университета

Различия могут показаться незначительными. Однако они демонстрируют лишь одни из тысяч возможных решений, которые команде GARF предстояло принять как в процессе разработки, так и оцифровки.

Конечно, низкое разрешение недолго сохраняло актуальность. Развитие компьютерной техники увеличило плотность растровых изображений и скорость обработки, а также сократило затраты на память.Возможно, сейчас трудно оценить художественное и техническое мастерство, лежащее в основе первых китайских растровых шрифтов. Однако именно это искусство решения проблем в конечном итоге привело к широкому распространению компьютеров, новых медиа и интернета.

Источник.