Theppitak's blog: Fonts-TLWG OTF and WOFF in Debian

ดังที่ได้กล่าวไว้ในท้าย blog ที่แล้ว ว่าผมได้ตัดสินใจที่จะผลักดันการใช้ฟอนต์รูปแบบอื่นนอกจาก TTF ใน Debian ซึ่งล่าสุดก็ได้เตรียมแพกเกจรุ่น 1:0.6.2-2 และได้ ผ่าน NEW queue เข้าสู่ sid แล้ว เมื่อคืนนี้ ก็ขอบันทึกแนวคิดเบื้องหลังไว้สักหน่อย

โครงการ Fonts-TLWG ได้รวบรวมฟอนต์ต่าง ๆ ที่เจ้าของอนุญาตให้เผยแพร่แบบโอเพนซอร์สได้ เพื่อนำมาพัฒนาต่อให้เข้ากับความต้องการและเทคโนโลยีใหม่ ๆ โดยต้นฉบับก็มักจะมาในรูป TrueType (TTF) ซึ่งใช้เส้นโค้ง quadratic Bézier แต่เมื่อ import เข้าสู่โครงการจะถูกแปลงเป็น cubic Bézier ทั้งหมด ด้วยเหตุผลคือ:

การใช้งานกับ LaTeX ซึ่งเน้นการรองรับ e-TeX และ pdfTeX engine นั้น การใช้ฟอนต์ Postscript (ซึ่งใช้เส้นโค้ง cubic Bézier) จะจัดการได้ง่ายกว่า
เส้นโค้ง cubic Bézier สามารถปรับแก้ไขได้ง่ายกว่า quadratic Bézier (เคยอธิบายไว้ใน blog เก่า)

การใช้ cubic Bézier ทำให้เราสามารถปรับแต่งฟอนต์ได้เต็มที่ โดยที่ยังสามารถ generate ฟอนต์เป็น TrueType ได้เหมือนเดิม โดยใช้สคริปต์แปลงโค้ง cubic เป็น quadratic พร้อมกับ apply auto instruction ด้วย ซึ่งวิธีนี้ก็มีข้อดีข้อเสียเมื่อเทียบกับการทำงานกับ TrueType โดยตรง คือ

ข้อดี:

โค้ง cubic ปรับแก้ได้สะดวกกว่ามาก
generate ฟอนต์ได้ทั้งฟอร์แมตที่ใช้ cubic และ quadratic Bézier โดยไม่เกิดจุดต่อโค้งส่วนเกินที่เกินความจำเป็น อันจะทำให้ข้อมูลฟอนต์มีขนาดใหญ่ขึ้น (โดยปกติ โค้ง quadratic จะต้องใช้จุดควบคุมมากกว่าโค้ง cubic ในการแทนเส้นโค้งเดียวกัน และเมื่อแปลงโค้ง quadratic เป็น cubic ก็จะเกิดจุดต่อโค้งระหว่างกลางเพิ่มขึ้นอีก ทำให้ข้อมูลของโค้ง cubic เกิดการขยายตัวเกินความจำเป็นถึง 2 ชั้น ในขณะที่การใช้โค้ง cubic เป็นต้นทาง จะได้ข้อมูลของโค้ง cubic ขนาดเล็ก และจะเกิดการขยายตัวของข้อมูลเพียงชั้นเดียวขณะแปลงเป็น quadratic)
ทำ hinting ได้ง่าย เนื่องจากฟอนต์ Postscript อาศัย global hint ควบคุมเส้นอักษรเป็นหลัก (ดู blog เก่า เกี่ยวกับ blue zones และ stem hints) ในขณะที่ TrueType ใช้ instruction ควบคุมจุดต่าง ๆ ซึ่งแทบจะไม่ต่างอะไรกับภาษาแอสเซมบลี

ข้อเสีย:

การแปลงโค้ง cubic เป็น quadratic จะต้องเกิดการ interpolate จุดเพิ่มเติม เนื่องจากโค้ง quadratic มีความสามารถในการบรรยายโค้งต่ำกว่า ต้องใช้จุดมากกว่า ในขณะที่การแปลงจาก quadratic เป็น cubic จะได้จุดแบบแม่นตรง (ไม่ใช่ interpolate) และเนื่องจากการ interpolate เป็นไปแบบอัตโนมัติ จึงไม่อาจควบคุมจำนวนจุดที่ interpolate ได้เต็มที่นัก
คุณภาพของ TrueType instruction ที่สร้างแบบอัตโนมัติอาจไม่สูงนักเมื่อเทียบกับการเขียน instruction ด้วยมือ

เมื่อเทียบข้อดี-ข้อเสียแล้ว ผมยังคงเลือกเอาโค้งแบบ cubic แม้ข้อเสียจะเกิดกับฟอนต์ TrueType ที่มีผู้ใช้มากที่สุด เพราะข้อเสียต่าง ๆ ถือว่ายอมรับได้ ความคลาดเคลื่อนจากการ interpolate ขณะแปลงเส้นโค้งไม่ได้มีนัยสำคัญอะไร ส่วนเรื่องคุณภาพของ TrueType instruction นั้น เราก็ทำอะไรไม่ได้มาก เนื่องจากเป็นเรื่องที่ถ้าจะทำจริงจะต้องอาศัยแรงงานมหาศาล โดยที่ไม่ได้ช่วยเพิ่มคุณภาพให้กับฟอนต์ที่ใช้ cubic Bézier แต่อย่างใด (ในขณะที่การปรับแต่ง hint ของ Postscript สามารถช่วยเพิ่มคุณภาพของ TrueType instruction ที่สร้างแบบอัตโนมัติได้บ้าง)

กล่าวโดยสรุป โค้ง cubic Bézier คือโค้งที่เป็น native ที่ใช้ในการพัฒนา ถ้าสามารถใช้โค้งนี้ได้โดยตรงก็ย่อมควบคุมอะไรต่าง ๆ ได้ดีกว่า อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี

ที่ผ่านมา การใช้งานฟอนต์ที่ดูจะเหมาะสมในทางปฏิบัติก็คือ

เดสก์ท็อป ใช้ TrueType (quadratic Bézier)
LaTeX ใช้ Type 1 (cubic Bézier)

ที่ผมยังไม่กล้าผลักดันการใช้ฟอนต์ที่ใช้โค้ง cubic บนเดสก์ท็อปในช่วงที่ผ่านมา ก็เนื่องจากรูปแบบการ hint ของ Postscript นั้น อิงอาศัยความฉลาดของ rasterizer ในการใช้ hint ในฟอนต์มาปรับเส้นโค้งต่าง ๆ (ไม่เหมือนกับ TrueType instruction ที่มีคำสั่งครบสำหรับ rasterizer ไม่ว่าใช้ rasterizer ตัวไหนก็ได้คุณภาพใกล้เคียงกัน) ซึ่งในช่วงแรกนั้น Postscript rasterizer ที่มากับ FreeType วาดตัวอักษรได้ดีเฉพาะบางขนาดเท่านั้น แต่พอใช้กับขนาดอื่น เส้นนอนจะเริ่มหนาและเบลอ (เสียดายที่ไม่ได้จับภาพไว้เป็นเรื่องเป็นราว) จนเมื่อ Adobe contribute CFF rasterizer ให้กับ FreeType คุณภาพที่ได้ก็ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งเริ่มเปิดใช้จริงใน FreeType 2.5.0.1

ในรอบ Debian Jessie นั้น ผมถึงกับเปลี่ยนฟอร์แมตฟอนต์จาก TTF เป็น OTF ในรุ่น 1:0.6.0-2 ซึ่งทำให้ได้ฟอนต์ที่กินเนื้อที่น้อยลงแทบจะครึ่งต่อครึ่งโดยที่คุณภาพก็ไม่ได้ด้อยกว่า TTF เลย แต่ก็ต้องชะงักเมื่อเจอ Debian #730742 ที่มีผู้ร้องเรียนว่า rasterizer ตัวใหม่ทำให้ฟอนต์ Cantarell ไม่สวย ทำให้ผู้ดูแลแพกเกจ FreeType ของ Debian ต้อง disable CFF rasterizer ของ Adobe แล้วกลับไปใช้ rasterizer ตัวเก่า ผมจึงต้องถอยกลับมาใช้ TTF ในรุ่น 1:0.6.1-2

จนกระทั่งเข้าสู่รอบพัฒนา Stretch ฟอนต์ Cantarell ได้รับการแก้ปัญหาแล้ว จึงได้มีผู้ร้องขอเปิดใช้ CFF rasterizer ของ Adobe อีกครั้ง (Debian #795653) และมีผลตั้งแต่รุ่น 2.6-1 หลังจากรอดูอยู่พักหนึ่งจนแน่ใจว่าเขาไม่ disable กลับอีก ผมจึงตั้งใจไว้ว่าจะเริ่มผลักดันฟอนต์ OTF อีกครั้ง แต่ครั้งนี้ตัดสินใจเลือกการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่กว่านั้น ด้วยการ build ทั้ง TTF และ OTF ให้ผู้ใช้เลือกติดตั้งตามชอบ โดยมีโครงสร้างดังนี้:

fonts-thai-tlwg (metapackage)
- fonts-tlwg-kinnari (dependency package + fontconfig stuffs)
  - fonts-tlwg-kinnari-ttf (TTF files), OR
  - fonts-tlwg-kinnari-otf (OTF files)
- fonts-tlwg-garuda (dependency package + fontconfig stuffs)
  - fonts-tlwg-garuda-ttf (TTF files), OR
  - fonts-tlwg-garuda-otf (OTF files)
- ...
fonts-thai-tlwg-ttf (metapackage สำหรับติดตั้ง fonts-tlwg-*-ttf ทั้งหมด)
fonts-thai-tlwg-otf (metapackage สำหรับติดตั้ง fonts-tlwg-*-otf ทั้งหมด)